JP6386700B2 - Structure, optical member, antireflection film, water repellent film, substrate for mass spectrometry, phase plate, method for producing structure, and method for producing antireflection film - Google Patents

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Description

本発明は、反射防止材料、センサー、超撥水材料、超親水材料などさまざまな用途に用
いられる、複数の錐体部もしくは凸部を有する、構造体、光学部材、反射防止膜、撥水性膜、質量分析用基板、位相板、構造体の製造方法、反射防止膜の製造方法に関する。
The present invention relates to a structure, an optical member, an antireflection film, and a water repellent film having a plurality of cones or protrusions, which are used in various applications such as antireflection materials, sensors, superhydrophobic materials, and superhydrophilic materials. The present invention relates to a substrate for mass spectrometry, a phase plate, a method for manufacturing a structure, and a method for manufacturing an antireflection film.

従来、光の波長よりも小さいスケールでの、微細な凸部を複数有する構造体(以下、微細構造体とも呼ぶ)は、超撥水材料、超親水材料、電池材料、摩擦防止材料、反射防止材料などさまざまな構造材料として用いられている。   Conventionally, a structure having a plurality of fine protrusions (hereinafter also referred to as a fine structure) on a scale smaller than the wavelength of light is a super water-repellent material, a super hydrophilic material, a battery material, an anti-friction material, an anti-reflection It is used as various structural materials.

このような光の波長よりも小さいスケールでの微細な凸部を複数有する微細構造体の製造方法は、大別して以下のような3つの手段に分類する事ができる。
1)被加工物上にマスクとなる物をあらかじめ形成後、被加工物をエッチングする方法。
(マスク配置工程およびエッチング工程からなる)
2)被加工物をエッチングする方法(エッチング工程のみ)。
3)1)、2)等により作製した微細構造体を型として、被加工物に転写成形する方法。
Such a method for manufacturing a fine structure having a plurality of fine protrusions on a scale smaller than the wavelength of light can be roughly classified into the following three means.
1) A method of etching a workpiece after previously forming an object to be a mask on the workpiece.
(Consisting of mask placement process and etching process)
2) A method of etching a workpiece (etching process only).
3) A method in which a fine structure produced by 1), 2) or the like is used as a mold and transferred to a workpiece.

1)のマスク配置工程およびエッチング工程を有する従来の製造例としては、リソグラフィーを中心とした半導体プロセスでの製造が試みられている(特許文献3)。微細構造形成に用いる基板にレジストを塗布し、フォトマスクを介して露光、現像を行い、マスクパターンを得て、エッチングにより前記マスクパターンを微細構造形成用の基板に転写させる方法であり。リソグラフィー技術は精密に設計された微細パターンを形成できる方法
としては利点がある(特許文献1)。
As a conventional manufacturing example having the mask arranging step and the etching step of 1), manufacturing in a semiconductor process centering on lithography has been attempted (Patent Document 3). In this method, a resist is applied to a substrate used for fine structure formation, exposure and development are performed through a photomask to obtain a mask pattern, and the mask pattern is transferred to the fine structure formation substrate by etching. Lithography technology has an advantage as a method capable of forming a precisely designed fine pattern (Patent Document 1).

また、リソグラフィー技術を用いることなく、上記マスクパターンを自発的に形成する技術も提案されている。例えば、基板上に配列させた微粒子や、島状の金属薄膜等をマスクとする事で、簡便に光の波長よりも小さいスケールでの微細構造体を作製できる技術が開示されている(特許文献2、3)。   A technique for spontaneously forming the mask pattern without using a lithography technique has also been proposed. For example, a technique is disclosed in which a fine structure on a scale smaller than the wavelength of light can be easily produced by using fine particles arranged on a substrate, island-shaped metal thin film, or the like as a mask (Patent Literature). 2, 3).

2)の「エッチング工程のみ」からなる従来の製造例としては、Siのプラズマエッチング(反応性イオンエッチング)過程において針状の形状が形成される現象が知られており、この材料は「ブラックシリコン」と呼ばれる(非特許文献1)。   As a conventional manufacturing example consisting of “only the etching process” of 2), a phenomenon in which a needle-like shape is formed in the plasma etching (reactive ion etching) process of Si is known. (Non-Patent Document 1).

3)の微細構造体を型として転写する従来の製造例としては、プラズマエッチング装置を用いて形成した微細な突起群を有する炭素材料を型として光硬化性樹脂などに微細突起形状を転写する方法などが提案されている。(特許文献4)   As a conventional manufacturing example in which the fine structure of 3) is transferred as a mold, a method of transferring a fine protrusion shape to a photocurable resin or the like using a carbon material having a fine protrusion group formed using a plasma etching apparatus as a mold Etc. have been proposed. (Patent Document 4)

特に、上記微細構造体における凸部の形状が錐体状、すなわち、上記凸部が、底部から先端に向う方向に垂直な断面の面積が当該方向に沿って小さくなる形状の場合には、反射防止膜、撥水性膜、超親水性膜、質量分析用基板、電池材料、摩擦防止材等として用いることができる。   In particular, when the shape of the convex portion in the fine structure is a cone shape, that is, the convex portion has a shape in which the area of a cross section perpendicular to the direction from the bottom to the tip is small along the direction. It can be used as a prevention film, a water repellent film, a superhydrophilic film, a substrate for mass spectrometry, a battery material, a friction prevention material, and the like.

反射防止膜に関する技術としては、屈折率の異なる光学膜を数十〜数百nmの厚みで単層あるいは複数層を積層する事による光の干渉効果により反射を抑制する技術が一般的で、上記光学膜を形成するためには、蒸着、スパッタリング等の真空成膜法やディップコート、スピンコート等の湿式成膜法が用いられる。これら一般的な反射防止膜は、光線入射角が0度で、使用する波長域が比較的狭い波長領域で優れた反射防止効果を有する設計がされている。しかし、口径の大きなレンズや曲率半径の小さな面を有するレンズ等に用いられる反射防止膜には、広い波長領域に対して優れた反射防止機能を有し、且つ光束の入射角度特性の良いものが望まれる。広い波長領域で、かつ入射角度特性の良い反射防止策としては、入射光の波長よりも短いピッチの微細構造体(SWS ;Sub-Wavelength Structure、もしくはMoth−eye構造などと呼ばれる)を配置する事が知られている(特許文献5、6)。特に、前記微細構造が、先鋭化した構造を有する場合には、空間における物質が占める体積が凸構造の上部から下部に向けて徐々に増していくことになり、界面における急峻な屈折率の変化が抑制される結果、反射が大きく低減されることになる。   As a technique relating to the antireflection film, a technique for suppressing reflection by an optical interference effect by laminating a single layer or a plurality of layers of optical films having different refractive indexes with a thickness of several tens to several hundreds of nanometers, In order to form the optical film, a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering, or a wet film formation method such as dip coating or spin coating is used. These general antireflection films are designed to have an excellent antireflection effect in a wavelength range in which a light incident angle is 0 degree and a wavelength range to be used is relatively narrow. However, an antireflection film used for a lens having a large aperture or a surface having a small curvature radius has an excellent antireflection function for a wide wavelength region and a good incident angle characteristic of a light beam. desired. As an anti-reflection measure with a wide wavelength range and good incident angle characteristics, a fine structure having a pitch shorter than the wavelength of the incident light (SWS; called Sub-Wavelength Structure or Moth-eye structure) is arranged. Is known (Patent Documents 5 and 6). In particular, when the microstructure has a sharpened structure, the volume occupied by the substance in the space gradually increases from the upper part to the lower part of the convex structure, and the refractive index changes sharply at the interface. As a result, the reflection is greatly reduced.

複数の凸部から成る微細構造体を表面に有する膜が、高い撥水性を示すことは、蓮の葉効果(Lotus Effect)として知られている(特許文献7、非特許文献2)。前記凸部の形状、配置、疎水性修飾基などの条件を適切に設計することで、膜表面での水滴の接触角が150度を超えるような超撥水性を実現ことも可能である。このような超撥水性を示す膜は、各種光学部材や建築部材の表面コーティング等への応用が期待されている。   It is known as a lotus leaf effect that a film having a microstructure having a plurality of convex portions on the surface exhibits high water repellency (Lotus Effect) (Patent Document 7, Non-Patent Document 2). It is possible to achieve super water repellency such that the contact angle of water droplets on the film surface exceeds 150 degrees by appropriately designing the conditions such as the shape, arrangement, and hydrophobic modification group of the protrusions. Such a film exhibiting super water repellency is expected to be applied to the surface coating of various optical members and building members.

複数の凸部から成る微細構造体を表面に有する膜は、また、質量分析用の基板として用いることができる。これは微細構造を有する半導体薄膜の上に分析対象の材料を保持し、レーザーやイオンビームの照射により、構造を破壊せずに分析対象物をイオン化し、その質量を高感度で測定することにより、成分の同定を行う技術であり、マトリクス支援質量分析法に類似した、表面支援質量分析法(SALDI−MS)として知られている(特許文献8)基板表面の微細構造は、主としてイオン化に伴う検体試料の破壊を防ぐ役割を有し、それ故に10nm程度のサイズであることが必要である。この、表面支援質量分析に用いられる基板としては、シリコンの陽極化成によって作製されるポーラスシリコンが最も一般的である。また、空気中の酸化によるポーラスシリコン電気伝導度低下に起因する特性劣化の課題を解決し得る材料として、ポリエチレングリコールの共存化、ゾル−ゲル法によって作製される、表面に微細な構造を有する酸化チタン薄膜等が提案されている(非特許文献3)。これに用いられる酸化チタン薄膜には、10ナノメートル程度のランダムな形状の微細な孔が存在しており、これらの微細孔は、主としてイオン化に伴う検体試料の破壊を防ぐ役割を有する。   A film having a microstructure having a plurality of convex portions on its surface can also be used as a substrate for mass spectrometry. This is achieved by holding the material to be analyzed on a semiconductor thin film with a fine structure, ionizing the analyte without damaging the structure by laser or ion beam irradiation, and measuring its mass with high sensitivity. This is a technique for identifying components, and is known as surface-assisted mass spectrometry (SALDI-MS), which is similar to matrix-assisted mass spectrometry (Patent Document 8). The fine structure of the substrate surface is mainly associated with ionization. It has a role to prevent destruction of the specimen sample, and therefore it is necessary to have a size of about 10 nm. As a substrate used for this surface-assisted mass spectrometry, porous silicon produced by anodization of silicon is most common. In addition, as a material that can solve the problem of characteristic deterioration due to the decrease in the electrical conductivity of porous silicon due to oxidation in the air, it is made by coexistence of polyethylene glycol, an oxidation with a fine structure on the surface, which is produced by a sol-gel method A titanium thin film or the like has been proposed (Non-Patent Document 3). The titanium oxide thin film used for this purpose has micropores with a random shape of about 10 nanometers, and these micropores mainly have a role of preventing destruction of the specimen sample due to ionization.

特開2001−272505号公報JP 2001-272505 A 特開2000−71290号公報JP 2000-71290 A 特開2009−215104号公報JP 2009-215104 A 特開2010−186198号公報JP 2010-186198 A 特開2005−157119号公報JP 2005-157119 A 特開2006−10831号公報JP 2006-10831 A 特開2010−188584号公報JP 2010-188584 A US6288390B1US6288390B1

Adv. Mater. 2011, 23, 122−126Adv. Mater. 2011, 23, 122-126 ACS NANO, 2012,6, 3789‐3799ACS NANO, 2012, 6, 3789-3799 Rapid Communication in Mass Spectrometry,18,1956-1964Rapid Communication in Mass Spectrometry, 18, 1956-1964

しかし、上記従来の技術にはいくつかの課題があった。
まず、上記複数の凸部を有する微細構造体の作製に関する課題としては、被加工物上にマスクとなる物をあらかじめ形成後、被加工物をエッチングする方法の場合、マスク配置のための工程が必要となるため、製造方法が複雑で安価に製造する事が難しいということがある。また、マスクを用いることなくエッチングのみでの作製法は、適用可能な材料が極めて少ないため、用途が限定されるという課題があった。例えば、上記のブラックシリコンや微細構造を有するカーボンは、可視光を透過しないため、レンズのような部材への反射防止膜としては適用することができない。このため、広範囲の材料、特にバンドギャップの広い、透明且つ安定な材料に、マスクを用いることなく錐体状の微細な複数の凸部を形成する技術が求められていた。
However, there are several problems with the above-described conventional technology.
First, as a problem related to the fabrication of the fine structure having the plurality of convex portions, in the case of a method of etching a workpiece after previously forming a mask to be processed on the workpiece, a process for mask arrangement is performed. Since it is necessary, the manufacturing method is complicated and it may be difficult to manufacture at low cost. In addition, a manufacturing method using only etching without using a mask has a problem that applications are limited because there are very few applicable materials. For example, the black silicon and the carbon having a fine structure do not transmit visible light, and thus cannot be applied as an antireflection film to a member such as a lens. Therefore, there has been a demand for a technique for forming a plurality of fine cone-shaped convex portions on a wide range of materials, in particular, a transparent and stable material having a wide band gap without using a mask.

また、各凸部の表面のみに疎水性の化学修飾を施したような、従来報告されている撥水性材料膜においては、膜表面に外力がかかって凸部形状が破壊された際に、新たに露出する断面部は疎水性の修飾基を有していない。その結果、膜面内において局所的に撥水性が著しく劣化する箇所が生じるという課題があった。このため、破断面が発生しても撥水性の低下しない、撥水性材料膜が求められていた。   In addition, in the conventionally reported water-repellent material film in which only the surface of each convex part is subjected to hydrophobic chemical modification, when the convex part shape is destroyed due to external force applied to the film surface, The cross-section exposed to the surface does not have a hydrophobic modifying group. As a result, there is a problem that a portion where water repellency is significantly deteriorated locally occurs in the film surface. For this reason, there has been a demand for a water-repellent material film that does not lower the water repellency even when a fracture surface occurs.

また、表面に微細構造を有する従来の質量分析用基板は、その構造のサイズが、イオン化に用いられるプローブ(レーザー光等)の波長に比較して著しく小さいために、膜表面におけるプローブ光の反射が、膜中に注入されるエネルギーを低下させ、その結果としてイオン化効率を低下させることがあるという課題があった。このため、イオン化に伴う検体試料の破壊を防ぐ役割を有する微細な構造を保持したままで、反射を防止し得るように膜の形態を微細加工することのできる技術が求められていた。   In addition, the conventional substrate for mass spectrometry having a fine structure on the surface has a remarkably small size compared with the wavelength of the probe (laser light, etc.) used for ionization. However, there is a problem that the energy injected into the film is reduced, and as a result, ionization efficiency may be reduced. For this reason, there has been a demand for a technique capable of finely processing the form of the film so as to prevent reflection while maintaining a fine structure having a role of preventing destruction of the specimen sample accompanying ionization.

本発明は、基体と、前記基体の表面に存在する反射防止膜と、を有する光学部材であって、前記反射防止膜が表面に複数の錐体部を有、前記錐体部がメソ構造を有し、前記メソ構造がメソ孔を有する構造であり、前記メソ孔の内部に、前記メソ孔を形成する壁部の材料よりも屈折率が高い無機材料が存在し、前記メソ孔の内部に前記無機材料が存在することにより、前記錐体部の実効的な屈折率と前記基体の屈折率との差が低減されることを特徴とする光学部材である。 The present invention, substrate and, an optical member having a reflection preventing film on the surface of the substrate, the antireflection film have a plurality of cone portion on the surface, the cone portion mesostructure has, Ri structures der that the mesostructure having mesopores, the inside of the mesopores, and the presence of an inorganic material having a higher refractive index than the material of the wall portion forming the mesopores, the mesopores by the inorganic material is present in the interior, the difference between the refractive index of the the effective refractive index of the cone portion substrate is an optical member, wherein Rukoto reduced.

また、別の本発明は、基体と、前記基体の表面に存在する反射防止膜と、を有する光学部材であって、前記反射防止膜が表面に複数の凸部を有する構造体を有し、前記凸部が、前記凸部の底部から先端に向かう方向に垂直な面で前記凸部を切断した時の断面の面積が、前記方向に沿って小さくなる形状を有し、前記凸部がメソ孔を有するメソ構造を有し、
前記凸部の先端に金属元素が存在しており、前記凸部の底辺の長さをD、前記凸部の高さをHとした時、H/Dが2.0以上であり、前記メソ孔の内部に、前記メソ孔を形成する壁部の材料よりも屈折率が高い無機材料が存在し、前記メソ孔の内部に前記無機材料が存在することにより、前記凸部の実効的な屈折率と前記基体の屈折率との差が低減されることを特徴とする光学部材である。
Another aspect of the present invention is an optical member having a base and an antireflection film present on the surface of the base, the antireflection film having a structure having a plurality of convex portions on the surface, The convex portion has a shape in which an area of a cross section when the convex portion is cut along a plane perpendicular to a direction from the bottom to the tip of the convex portion decreases along the direction. Having a mesostructure with pores;
A metal element is present at the tip of the convex portion, and when the length of the base of the convex portion is D and the height of the convex portion is H, H / D is 2.0 or more, and the meso In the hole, there is an inorganic material having a higher refractive index than the material of the wall part forming the mesopores, and the presence of the inorganic material in the mesopores results in effective refraction of the protrusions. The optical member is characterized in that the difference between the refractive index and the refractive index of the substrate is reduced.

また、別の本発明は、メソ孔を有するメソ構造体を形成する工程と、マスクは用いずにプラズマエッチング装置のエッチングチャンバーの一部を構成する材料を有する物質を堆積させながら前記メソ構造体をプラズマエッチングして、前記メソ構造体に凸部であって底部から先端に向かう方向に垂直な面で前記凸部を切断した時の断面の面積が、前記方向に沿って小さくなる形状を有する凸部を複数形成する工程と、を有することを特徴とする構造体の製造方法である。 Another aspect of the present invention is a method of forming a mesostructure having mesopores, and depositing a material having a material constituting a part of an etching chamber of a plasma etching apparatus without using a mask. Is etched, and the mesostructure has a shape in which the area of the cross section when the convex portion is cut along a surface perpendicular to the direction from the bottom to the tip is reduced along the direction. a method for producing a structure characterized by comprising the steps of several shapes formed, the convex portion.

本発明によれば、反射防止効果が高い反射防止膜およびその製造方法、反射防止効果に優れた光学部材、優れた撥水性を有する撥水性膜、検出感度の高い質量分析用基板、高精度な位相板、それらに用いることができる構造体およびその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, an antireflection film having a high antireflection effect and a production method thereof, an optical member having an excellent antireflection effect, a water repellent film having an excellent water repellency, a substrate for mass spectrometry having a high detection sensitivity, a high accuracy A phase plate, a structure that can be used for the phase plate, and a manufacturing method thereof can be provided.

第一の実施形態に記載の構造体の構造、及び作成手順を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the structure as described in 1st embodiment, and a preparation procedure. 均一な径のシリンダー状細孔が規則配列した構造を有するメソ構造体から構成される第一の実施形態に記載の構造体の模式図である。It is a schematic diagram of the structure described in the first embodiment, which is composed of a mesostructure having a structure in which cylindrical pores with a uniform diameter are regularly arranged. 第一の実施形態における、構造の異なる複数のメソ構造体から構成される構造体の模式図である。It is a schematic diagram of the structure comprised from several mesostructures from which a structure differs in 1st embodiment. メソ孔内への材料の導入の状態を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the state of introduction | transduction of the material in a mesopore. 第一の実施形態に記載の構造体における複数の凸部の配置を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating arrangement | positioning of the some convex part in the structure as described in 1st embodiment. 第一の実施形態に記載の構造体における複数の凸部の形成状況を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the formation condition of the some convex part in the structure as described in 1st embodiment. 第一の実施形態に記載の構造体における複数の凸部の面内での分布を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating distribution in the surface of the some convex part in the structure as described in 1st embodiment. 第四の実施形態に記載の反射防止膜の反射防止効果を説明するための模式図、及びメソ孔中への材料の充填に伴う膜屈折率の変化を表わすグラフである。It is a schematic diagram for demonstrating the antireflection effect of the antireflection film as described in 4th embodiment, and a graph showing the change of the film refractive index accompanying the filling of the material in a mesopore. プラズマエッチングを行って形成される第一の実施形態に記載の構造体中に含まれるフッ素量の深さ方向分析結果を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the depth direction analysis result of the amount of fluorine contained in the structure as described in 1st embodiment formed by performing plasma etching. 表面にエッチング装置を構成する部材に由来するコンタミネーションを島状に形成しながらプラズマエッチングを行って作製される、第四の実施形態に記載の構造体の形成過程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the formation process of the structure as described in 4th Embodiment produced by performing plasma etching, forming the contamination derived from the member which comprises an etching apparatus in the shape of an island on the surface. 第一〜第三の実施形態に記載の構造体中の凸部のH/Dを向上させるために、エッチングレートの小さい材料を表面に形成し、2段階でプラズマエッチングを行う工程による、構造体の形成過程を説明する模式図である。In order to improve the H / D of the convex portion in the structure according to the first to third embodiments, the structure is formed by forming a material with a low etching rate on the surface and performing plasma etching in two stages. It is a schematic diagram explaining the formation process. 第一〜第三の実施形態に記載の構造体を型にして、そのネガに対応する構造体を作製する工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the process of producing the structure corresponding to the negative using the structure as described in 1st-3rd embodiment as a type | mold. 実施例7において、メソポーラスシリカ膜に、プラズマエッチングで形成された、複数の微細な錐体状凸部から構成される構造体の走査電子顕微鏡写真である。In Example 7, it is a scanning electron micrograph of the structure comprised from the several fine cone-shaped convex part formed in the mesoporous silica film by plasma etching. メソ孔内に無機材料を充填する工程で用いられる、減圧CVDの装置構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the apparatus structure of low pressure CVD used at the process of filling an inorganic material in a mesopore. 実施例12において、メソポーラスシリカ膜に、プラズマエッチングで形成された、複数の微細な錐体状凸部から構成される構造体の走査電子顕微鏡写真である。In Example 12, it is a scanning electron micrograph of the structure comprised from the several fine cone-shaped convex part formed in the mesoporous silica film by plasma etching. 実施例12において、作製された反射防止膜の反射率の波長依存性を示すグラフである。In Example 12, it is a graph which shows the wavelength dependence of the reflectance of the produced anti-reflective film. 実施例20において、石英ガラス基板上に、プラズマエッチングで形成された、複数の微細な錐体状凸部から構成される構造体の走査電子顕微鏡写真である。In Example 20, it is a scanning electron micrograph of the structure comprised from the several fine cone-shaped convex part formed by the plasma etching on the quartz glass substrate. 実施例27において、メソポーラスシリカ膜に、エッチング装置を構成する材料に起因するコンタミネーションを島状に堆積させながらプラズマエッチングを行うことで形成された、複数の微細な錐体状凸部から構成される構造体の走査電子顕微鏡写真である。In Example 27, the mesoporous silica film is composed of a plurality of fine cone-shaped convex portions formed by performing plasma etching while depositing the contamination caused by the material constituting the etching apparatus in an island shape. Is a scanning electron micrograph of the structure. 周期とサイズの異なる複数の凹凸形状を有する、撥水性膜の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the water-repellent film which has several uneven | corrugated shape from which a period differs in size. 実施例31で作製した撥水性膜の上での水の接触角を決定するために用いた写真である。2 is a photograph used to determine the contact angle of water on the water repellent film produced in Example 31. FIG. 実施例33で記載した、周期とサイズの異なる複数の凹凸形状を有する撥水性膜の作製工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the preparation process of the water-repellent film which has several uneven | corrugated shape from which the period and size described in Example 33 differ. 反射防止を実施する部材の屈折率n4(nsub)と、微細構造体の実効屈折率n3(nfilm)との差と、両者の界面での反射率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the refractive index n4 (nssub) of the member which implements reflection prevention, and the effective refractive index n3 (nfilm) of a fine structure, and the reflectance in the interface of both. 実施例7の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of Example 7. 表面に保護層を有する構造体の模式図である。It is a schematic diagram of the structure which has a protective layer on the surface. 表面に保護層を有する構造体の模式図である。It is a schematic diagram of the structure which has a protective layer on the surface. 錐体の先端が一部欠落した形状を説明する図である。It is a figure explaining the shape where a part of tip of a cone was missing.

以下、本発明の実施形態の例を用いて本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail using examples of embodiments of the present invention.

<第一の実施形態>
先ず、本発明の第一の実施形態について説明する。
本実施形態にかかる構造体の模式図を図1に示す。図1の1(a)は構造体の立体図、1(b)は1(a)の構造体をA−A´断面で切断した際の断面図である。
<First embodiment>
First, a first embodiment of the present invention will be described.
The schematic diagram of the structure concerning this embodiment is shown in FIG. 1 (a) of FIG. 1 is a three-dimensional view of the structure, and 1 (b) is a cross-sectional view of the structure of 1 (a) taken along the line AA ′.

本実施形態の構造体11は、表面に複数の凸部12を有する構造体であって、凸部12がメソ構造を有し、メソ構造がメソ孔13を有する構造である。   The structure 11 of the present embodiment is a structure having a plurality of convex portions 12 on the surface, and the convex portions 12 have a meso structure, and the meso structure has a meso hole 13.

構造体11は、メソ孔13を有する(含んで成る)メソ構造をなしている。ここで記載する、メソ孔とは、International Union of Pure and Applied Chemistry の定義によって、2nm以上50nm未満の径の細孔のことをいう。この細孔の径は、細孔の断面積が最小になる断面における細孔の直径を意味し、細孔の断面が円状である場合にはその直径を指し、断面の形状が多角形の場合にはその対角線の長さの最大値を指す。断面形状が不定形の場合は、その断面形状における最大の差し渡し径をもって細孔径と定義する。また、メソ構造とは、上記メソ孔が、細孔壁を形成する材料からなるマトリクス(以下壁部と記載する場合もある)中に配されている構造を指す。メソ孔は、後述するように、内部が空隙(中空)であっても内部に有機材料もしくは無機材料が存在していても良い。ここで、本発明および本明細書において、メソ孔が中空である場合の構造体をメソポーラス材料と呼ぶ。メソポーラス材料の空孔率は20%以上80%以下であることが好ましい。なお、メソポーラス材料の空孔率が20%以上80%以下の範囲に、空孔率30%以上65%以下の範囲が含まれることは言うまでもない。   The structure 11 has a mesostructure having (including) mesopores 13. As used herein, the mesopore refers to a pore having a diameter of 2 nm or more and less than 50 nm according to the definition of International Union of Pure and Applied Chemistry. The diameter of the pore means the diameter of the pore in the cross section where the cross-sectional area of the pore is the smallest. When the cross section of the pore is circular, it indicates the diameter, and the shape of the cross section is a polygon. In some cases, it refers to the maximum length of the diagonal line. When the cross-sectional shape is indefinite, the maximum diameter in the cross-sectional shape is defined as the pore diameter. The mesostructure refers to a structure in which the mesopores are arranged in a matrix (hereinafter also referred to as a wall portion) made of a material that forms pore walls. As will be described later, the mesopores may have voids (hollow) inside, and organic or inorganic materials may exist inside. Here, in the present invention and the present specification, the structure in the case where the mesopores are hollow is called a mesoporous material. The porosity of the mesoporous material is preferably 20% or more and 80% or less. Needless to say, the porosity of the mesoporous material is in the range of 20% to 80% and the porosity is in the range of 30% to 65%.

本実施形態の構造体11は、図1に示すように凸部12を複数有している。前記凸部12は、底部16から先端17に向う方向18に垂直な面19で凸部12を切断した断面の面積が方向18に沿って小さくなる形状(言い換えれば、底部16から先端17に向かう方向に垂直な断面積が当該方向に沿って小さくなる形状)をなしている。なお、凸部を面19で切断した断面にメソ孔の一部をなす中空部分が存在する場合には、切断した断面の面積に中空部分の面積を含めるものとする。凸部12は、先端部の面積がほぼ0である錐体形状、もしくは、錐体の先端が一部欠落した形状、である錐体部であることが好ましいが、方向18に沿って必ずしも単調減少でなくても良く、錐体もしくは錐台に近似できる形状であれば、一部にいびつな形状を有していても良い。なお、底部16から先端17に向かう方向18に垂直な断面積が当該方向に向かう方向に沿って変化しない(等しい)領域が一部存在していても良い。また、先端が割れた(先端が割れて複数になっている)形状であっても良い。なお、以降の記載で、錐体部と表現する場合は、先端部の面積がほぼ0である錐体形状および錐体の先端が一部欠落した形状のいずれの形状も含むものと定義する。ここで記載する「錐体の先端が一部欠落した形状」とは、図26(a)に示す錐面2301を延長した時に形成される、仮想の錐体A2302(図26(b)に記載)の高さ2303を1とした時に、図26(c)に示すように、前記欠落した部分のうちの前記仮想の錐体Aの頂点から最も遠い点2304を底面に含みかつ前記仮想の錐体Aの頂点と同一の頂点2307を有する仮想の錐体B2305の高さ2306が1/7以下である形状と定義する。このような形状を有することにより、構造体11の見かけの屈折率実部が前記方向aに沿って小さくなる。   The structure 11 of the present embodiment has a plurality of convex portions 12 as shown in FIG. The convex portion 12 has a shape in which the area of a cross section obtained by cutting the convex portion 12 along a plane 19 perpendicular to the direction 18 from the bottom portion 16 toward the tip end 17 decreases along the direction 18 (in other words, from the bottom portion 16 toward the tip end 17. The cross-sectional area perpendicular to the direction is reduced along the direction). In addition, when the hollow part which makes a part of mesopore exists in the cross section which cut | disconnected the convex part by the surface 19, the area of a hollow part shall be included in the area of the cut | disconnected cross section. The convex portion 12 is preferably a cone portion having a cone shape in which the area of the tip portion is substantially zero or a shape in which a tip portion of the cone portion is partially omitted, but is not necessarily monotonous along the direction 18. It may not be reduced, and may have an irregular shape as long as it can be approximated to a cone or a frustum. It should be noted that there may be part of a region where the cross-sectional area perpendicular to the direction 18 from the bottom 16 toward the tip 17 does not change (equal) along the direction toward the direction. Moreover, the shape where the front-end | tip was cracked (the front-end | tip is cracked and it is plural) may be sufficient. In the following description, the expression “cone portion” is defined to include both a cone shape in which the area of the tip portion is substantially 0 and a shape in which the tip of the cone portion is partially omitted. The “shape in which the tip of the cone is partially missing” described here is a virtual cone A2302 (described in FIG. 26B) formed when the cone surface 2301 shown in FIG. ) Height 2303 is 1, as shown in FIG. 26 (c), the point 2304 farthest from the apex of the virtual cone A in the missing portion is included in the bottom surface and the virtual cone It is defined as a shape in which the height 2306 of the virtual cone B2305 having the same vertex 2307 as the vertex of the body A is 1/7 or less. By having such a shape, the apparent real part of the refractive index of the structure 11 becomes smaller along the direction a.

構造体11が有する凸部12の底辺の長さをD、前記錐体部12の高さをHとしたきにH/D(以下、アスペクト比と記載する場合もある)は、好ましくは1/2以上、より好ましくは1.0以上、さらに好ましくは3.0以上、最も好ましくは5.0以上である。凸部12が錐体部である場合にはH/Dが1/2以上であることにより、凸部12が錐体部でない場合にはH/Dが1.0以上であることにより、構造体を用いて反射防止膜を形成した際に、電磁波の反射を効果的に抑制することができる。なお、H/Dが1/2以上であるということは、図1(b)に示す、本実施形態の構造体の断面投影図において、凸部の頂角θが鋭角であることを意味する。H/Dが大きい程、良好な反射防止特性が得られることが多いが、H/Dが大きすぎると機械的強度が低下する場合もあるので、強度を鑑みるとH/Dは12以下であることが好ましい。   H / D (hereinafter sometimes referred to as aspect ratio) is preferably 1 when the length of the base of the convex portion 12 of the structure 11 is D and the height of the cone portion 12 is H. / 2 or more, more preferably 1.0 or more, still more preferably 3.0 or more, and most preferably 5.0 or more. When the convex part 12 is a cone part, H / D is 1/2 or more, and when the convex part 12 is not a cone part, H / D is 1.0 or more. When an antireflection film is formed using a body, reflection of electromagnetic waves can be effectively suppressed. In addition, H / D being 1/2 or more means that the apex angle θ of the convex portion is an acute angle in the cross-sectional projection view of the structure of this embodiment shown in FIG. . As the H / D is larger, better antireflection characteristics are often obtained. However, if the H / D is too large, the mechanical strength may decrease, so the H / D is 12 or less in view of the strength. It is preferable.

ここで、底辺Dとは、底部16の形状である底面の重心位置を通り、外周上の2点を結ぶ線分の最短距離を示す。また、底部とは凸部の末端を一周して形成される形状を示しており、言い換えれば、凸部同士の隣界によって囲まれる形状である。   Here, the base D indicates the shortest distance of a line segment that passes through the center of gravity of the bottom surface that is the shape of the bottom portion 16 and connects two points on the outer periphery. Moreover, the bottom part has shown the shape formed so that the terminal of a convex part may be made a round, and in other words, it is a shape enclosed by the adjacent field of convex parts.

また、凸部12の高さHは、凸部12の先端17と底部16の中心とを結ぶ線分の長さを示す。なお、先端17と底部16の中心とを結ぶ線分の端部が底部16内にない場合、高さHは凸部12の先端17から底部16を含む平面に垂直に下した線分の長さとする。   The height H of the convex portion 12 indicates the length of a line segment connecting the tip 17 of the convex portion 12 and the center of the bottom portion 16. When the end of the line segment connecting the tip 17 and the center of the bottom portion 16 is not in the bottom portion 16, the height H is the length of the line segment perpendicular to the plane including the bottom portion 16 from the tip 17 of the convex portion 12. Say it.

なお、凸部の先端が割れた形状をなしている場合には、凸部の断面SEM画像においてそれぞれの頂点から、該頂点を含む凸部と隣接して存在する別の凸部が交差する交差点までの錐面を、凸部の断面SEM画像における複数の交差点のうち最も基体に近い交差点の高さまで延長することで形成される、複数の仮想の錐体を設定して、底部の底辺D、高さHを算出するものとする。   In addition, when the tip of the convex part has a cracked shape, in the cross-sectional SEM image of the convex part, an intersection where another convex part existing adjacent to the convex part including the vertex intersects from each vertex. A plurality of virtual cones formed by extending the cone surface up to the height of the intersection closest to the substrate among the plurality of intersections in the cross-sectional SEM image of the convex portion, and the base D of the bottom portion, Assume that the height H is calculated.

凸部12の高さHは50nm以上であることが好ましく、より好ましくは100nm以上、最も好ましくは200nm以上である。   The height H of the convex portion 12 is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and most preferably 200 nm or more.

凸部12の先端17間の平均間隔(図1(b)中p)は400nm以下であることが好ましい。凸部12の先端間の平均間隔がこの値よりも大きくなると、光の散乱が顕著になり、光学用途の場合には性能低下につながることがある。   The average distance between the tips 17 of the protrusions 12 (p in FIG. 1B) is preferably 400 nm or less. When the average interval between the tips of the convex portions 12 is larger than this value, light scattering becomes significant, and in the case of optical applications, the performance may be degraded.

凸部12の形状は、先端17間の平均間隔が400nm以下、高さH(図1(b)中H)が50nm以上で、前記H/Dが1.0以上であることが好ましく、先端17間の平均間隔が100nm以下、高さHが50nm以上で、H/Dが3.0以上であることがより好ましく、先端17間の平均間隔が100nm以下、高さHが300nm以上で、前記H/Dが3.0以上であることがさらに好ましい。   The shape of the convex portion 12 is preferably such that the average distance between the tips 17 is 400 nm or less, the height H (H in FIG. 1B) is 50 nm or more, and the H / D is 1.0 or more. More preferably, the average distance between 17 is 100 nm or less, the height H is 50 nm or more, and H / D is 3.0 or more, the average distance between the tips 17 is 100 nm or less, and the height H is 300 nm or more. More preferably, the H / D is 3.0 or more.

本実施形態の構造体における凸部の配置は、任意の配置を用いることができる。例えば、図5(a)に示すように六方最密配置や、立方最密配置(図5(b))、ランダム配置(図5(c))などの形態を包含する。図5において、円は凸部の底部の輪郭を、円の中心の黒い点は凸部の頂点を模式的に示すもので、凸部の底面は完全な円形である必要はなく、また凸部の頂点は底部の輪郭の中心にある必要もない。図5に模式的に示した凸部の各配置において、その断面の模式図よりわかるように、個々の凸部は独立して形成されている。   Arbitrary arrangement | positioning can be used for arrangement | positioning of the convex part in the structure of this embodiment. For example, as shown to Fig.5 (a), forms, such as hexagonal close-packed arrangement, cubic close-packed arrangement (FIG.5 (b)), and random arrangement | positioning (FIG.5 (c)), are included. In FIG. 5, the circle schematically shows the contour of the bottom of the convex portion, the black dot at the center of the circle schematically shows the vertex of the convex portion, and the bottom surface of the convex portion does not need to be a perfect circle, and the convex portion The vertices need not be in the center of the bottom contour. In each arrangement of the convex portions schematically shown in FIG. 5, as can be seen from the schematic diagram of the cross section, the individual convex portions are formed independently.

しかし、本実施形態の構造体の凸部は、図6(a)に示すように、隣接する凸部の稜線(もしくは錐面)の一部が基体表面よりも上部で互いに交わるように配置されていても良い。また、凸部は、底部や稜線が接したり交わったりしていなければならないということはなく、図6(b)に示すように、凸部と凸部が接していなくても良い。但し、本実施形態の構造体を、後述する反射防止膜のような用途に用いる場合には、凸部と凸部の間隔が大きくなると、構造体全表面に対する平坦な表面を有する部分の割合が大きくなる結果、界面での屈折率変化が急峻になり、反射防止特性が低下するという問題点が発生することがある。この様な応用に対しては、図6(a)に示すような、隣接する凸部の稜同士が基体表面よりも上部で交わっているような構成が好ましいことになる。   However, as shown in FIG. 6A, the convex portions of the structure of the present embodiment are arranged such that part of the ridge lines (or conical surfaces) of the adjacent convex portions intersect with each other above the substrate surface. May be. Moreover, the convex part does not have to contact or cross the bottom part or the ridge line, and the convex part and the convex part do not have to be in contact as shown in FIG. However, when the structure of this embodiment is used for an application such as an antireflection film to be described later, when the interval between the protrusions is increased, the ratio of the portion having a flat surface to the entire surface of the structure is increased. As a result of the increase, the refractive index change at the interface becomes steep, and there may be a problem that the antireflection characteristic is lowered. For such an application, a configuration in which the ridges of adjacent convex portions intersect with each other above the substrate surface as shown in FIG. 6A is preferable.

本実施形態の構造体における凸部は、構造体全体に渡って均一に形成されていることが好ましい。ここで記載する均一とは、図7(a)のように、凸部がほぼ一定の密度で分布している状態を指し、図7(b)のように、部分的に凸部が存在しない領域が形成されていない状態を指す。図7において、円は凸部の底部の輪郭を、円の中心の黒い点は凸部の頂点を模式的に示す。具体的な均一性としては、前記凸部の先端間の平均間隔をpとし、前記先端間の間隔の分布における標準偏差をσとするとき、
0.1<σ/p<0.5 式1
である。
It is preferable that the convex part in the structure of this embodiment is uniformly formed over the entire structure. Uniformity described here refers to a state in which convex portions are distributed at a substantially constant density as shown in FIG. 7A, and there are no convex portions as shown in FIG. 7B. This refers to a state in which no region is formed. In FIG. 7, the circle schematically shows the outline of the bottom of the convex portion, and the black dot at the center of the circle schematically shows the vertex of the convex portion. As specific uniformity, when the average interval between the tips of the convex portions is p, and the standard deviation in the distribution of the intervals between the tips is σ,
0.1 <σ / p <0.5 Equation 1
It is.

この条件は、平均間隔pの値に対して各凸部の間隔のばらつき程度がどの範囲にあるかという事を意味している。この値が0.1よりも小さい場合には、凸部が一定間隔を持って配列することになり、好ましくない干渉効果を生むことがあり、また、0.5よりも大きい場合には、凸部の形成位置の広い分布が光学特性のムラとなって現れることがある。   This condition means which range the degree of variation in the interval between the convex portions is relative to the value of the average interval p. When this value is smaller than 0.1, the convex portions are arranged with a constant interval, which may cause an undesirable interference effect. When this value is larger than 0.5, the convex portions are arranged. A wide distribution of the formation positions of the portions may appear as uneven optical characteristics.

尚、先端間隔の算出方法は、微細構造体を真上から撮影した電子顕微鏡写真の画像処理により、各先端部の座標を取得し、デロネー三角形分割法(与えられた各先端部の座標を頂点とする三角形を作り、その三角形の外接円に頂点以外のどの点も含まないような条件で分割する方法)により個々の凸部の先端間距離を得る事によるものとする。微細構造体を形成した領域内において、視野1μmの電子顕微鏡写真を、領域内で偏りのないように20箇所撮影し、各先端間距離を算出して平均間隔pおよび、標準偏差σを決定するものとする。   It should be noted that the tip interval calculation method obtains the coordinates of each tip by image processing of an electron micrograph taken from directly above the microstructure, and the Delaunay triangulation method (the given coordinates of each tip are apexes) And the distance between the tips of the individual protrusions is obtained by dividing the triangle so as not to include any points other than the vertices in the circumscribed circle of the triangle. In the region where the fine structure is formed, 20 electron micrographs with a field of view of 1 μm are photographed so that there is no deviation in the region, the distance between the tips is calculated, and the average interval p and the standard deviation σ are determined. Shall.

本実施形態の構造体におけるメソ孔は、その形状がシリンダー状(シリンダー形状)であることが好ましく、均一な径であることも好ましい。より好ましくは、メソ孔がシリンダー状かつ均一な径である。このような場合、後述する、中空であるメソ孔の内部に材料を充填するプロセスを容易にしたり、メソ孔の内部に充填する材料の量を調整しやすい。ここで、本発明および本明細書において、「均一な径を有する」とは、電子顕微鏡によって観察されるメソ孔の径が、メソ孔の径の平均値に対して±50%以内の大きさに収まっていることと定義する。   The mesopores in the structure of the present embodiment are preferably cylindrical (cylinder shape), and preferably have a uniform diameter. More preferably, the mesopores are cylindrical and have a uniform diameter. In such a case, the process of filling the material into the hollow mesopores described later can be facilitated, and the amount of the material filled into the mesopores can be easily adjusted. Here, in the present invention and the present specification, “having a uniform diameter” means that the mesopore diameter observed by an electron microscope is within ± 50% of the average mesopore diameter. It is defined as being within.

但し、メソ孔の形状がシリンダー状でなければ、本発明の効果が得られないことはなく、例えば、球状、楕円球状、ロッド状等、さまざまな形状のメソ孔であっても良い。図2に模式的に示すように、メソ孔がシリンダー状である場合、シリンダー状メソ孔21は、多くの場合、基体と平行に配向している。図2(a)は、シリンダー状メソ孔をメソ孔の長手方向から見た場合の模式図、図2(b)はメソ孔の長手方向に垂直な方向から見た模式図であるが、上記シリンダー状メソ孔の方向は、構造体内において制御されていなくても良い。前述した均一な径を有するシリンダー状のメソ孔は、構造体内において周期的に配向している(言い換えれば、周期的に配置されている)ことが、屈折率の均一性という観点から好ましい。メソ孔が構造体内において周期的に配置されている例としては、図2(a)に示すように、メソ孔(細孔)が六角形で示すような配置をなす、ヘキサゴナルパッキング等の規則的な配置をしている場合が挙げられる。メソ孔の配置はヘキサゴナルパッキングに限定されず、細孔の配置が長方形や正方形になるような配置であっても良い。   However, if the shape of the meso hole is not cylindrical, the effect of the present invention is not obtained. For example, the meso hole may have various shapes such as a spherical shape, an elliptical spherical shape, and a rod shape. As schematically shown in FIG. 2, when the mesopores are cylindrical, the cylindrical mesopores 21 are often oriented parallel to the substrate. FIG. 2A is a schematic view when a cylindrical meso hole is viewed from the longitudinal direction of the meso hole, and FIG. 2B is a schematic view viewed from a direction perpendicular to the longitudinal direction of the meso hole. The direction of the cylindrical mesopores need not be controlled within the structure. The above-described cylindrical mesopores having a uniform diameter are preferably periodically oriented in the structure (in other words, periodically arranged) from the viewpoint of uniform refractive index. As an example in which the mesopores are periodically arranged in the structure, as shown in FIG. 2A, regular arrangements such as hexagonal packing in which the mesopores (pores) are arranged in a hexagonal shape. The case where it arranges is mentioned. The arrangement of the mesopores is not limited to hexagonal packing, and the arrangement of the pores may be a rectangle or a square.

上記規則的配置は、前記メソ構造を備えた本発明の構造体をX線回折分析で分析した場合に、1.0nm以上の周期構造に対応する回折ピークが観測されることが好ましく、より好ましくは5.0nm以上の周期構造に対応する回折ピークが観測されることが好ましい。なお、1.0nm以上の周期構造に対応する回折ピークが観測されるものとは、図2に示すように細孔の規則配置により規定される構造周期dが、1.0nm以上であるということを示している。メソ孔の形状がシリンダー状でない場合にも、メソ孔は規則的に配置されていることが好ましく、X線回折分析において5.0nm以上の周期構造に対応する回折ピークが観測されるものが好ましい。但し、メソ孔が規則的に配置されなければ、本発明の効果が得られないということではなく、本実施形態の構造体が有するメソ孔は、例えば、シリンダー状メソ孔が、不規則に連結されたような構造であっても良い。   In the regular arrangement, when the structure of the present invention having the mesostructure is analyzed by X-ray diffraction analysis, a diffraction peak corresponding to a periodic structure of 1.0 nm or more is preferably observed, and more preferably Preferably, a diffraction peak corresponding to a periodic structure of 5.0 nm or more is observed. Note that a diffraction peak corresponding to a periodic structure of 1.0 nm or more is observed when the structure period d defined by the regular arrangement of pores is 1.0 nm or more as shown in FIG. Is shown. Even when the shape of the mesopores is not cylindrical, the mesopores are preferably arranged regularly, and those in which a diffraction peak corresponding to a periodic structure of 5.0 nm or more is observed in the X-ray diffraction analysis are preferable. . However, if the mesopores are not regularly arranged, it does not mean that the effect of the present invention cannot be obtained. The mesopores of the structure of the present embodiment are, for example, cylindrical mesopores connected irregularly. Such a structure may be used.

本実施形態のメソ構造を有する構造体は、図3に示すように、構造の異なる複数のメソ構造31、32から構成されている場合、後述するように、一つの凸部の中で、凸部の底部近傍と先端部近傍での物メソ孔の内部に存在する有機化合物もしくは無機化合物の存在量を変化させて屈折率の変化を持たせることが可能である。ここで記載する異なる構造とは、メソ孔の径、メソ孔の配列、メソ孔の間隔等、いずれかの構造パラメータに差があることを意味する。なお、図3では凸部先端近くのメソ孔の径が凸部底部のメソ孔の径よりも大きい場合について模式的に記載しているが、本発明における構造の異なる複数のメソ構造とは、メソ孔の径の差異に限定されるものではない。   As shown in FIG. 3, the structure having a mesostructure according to the present embodiment includes a plurality of mesostructures 31 and 32 having different structures. It is possible to change the refractive index by changing the abundance of the organic compound or inorganic compound present inside the object mesopores near the bottom and the tip of the part. The different structures described here mean that there is a difference in any structural parameter such as mesopore diameter, mesopore arrangement, and mesopore spacing. In addition, in FIG. 3, although it has typically described about the case where the diameter of the meso hole near the convex part tip is larger than the diameter of the meso hole of the convex part bottom part, a plurality of meso structures having different structures in the present invention are It is not limited to the difference in mesopore diameter.

本実施形態の構造体の壁部(メソ孔を形成するマトリクス)を構成する物質としては、金属、窒化物、炭化物、フッ化物、ホウ化物、酸化物などを成分として含むものを用いる事ができる。反射防止膜のような光学材料に本発明の構造体を用いる場合には、壁部を構成する物質も可視光に透明であるバンドギャップの大きな材料が好ましく、バンドギャップが2.5eV以上かつ10eV以下の範囲にある材料が好ましく用いられる。例としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニア、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛などである。特に、材質の安定性を考慮すると、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタンが好ましく用いられる。また、壁部を構成する材料が酸化チタンである場合には、酸化チタンの少なくとも一部が結晶化していることが好ましい。これは、酸化チタンの少なくとも一部が結晶化していることにより、結晶化していない場合と比較して壁部の材料の屈折率をさらに増大させることが可能となる他、酸化チタンの光半導体としての性質が顕著に発揮されるようになるからである。なお、酸化チタンの結晶化はX線回折分析などにより測定することが可能である。   As a substance constituting the wall portion (matrix forming mesopores) of the structure according to this embodiment, a substance containing a metal, nitride, carbide, fluoride, boride, oxide, or the like as a component can be used. . When the structure of the present invention is used for an optical material such as an antireflection film, the material constituting the wall is preferably a material with a large band gap that is transparent to visible light, and the band gap is 2.5 eV or more and 10 eV. Materials in the following ranges are preferably used. Examples include silicon oxide, titanium oxide, tin oxide, zirconia oxide, niobium oxide, tantalum oxide, aluminum oxide, tungsten oxide, hafnium oxide, zinc oxide, and the like. In particular, considering the stability of the material, silicon oxide, zirconium oxide, and titanium oxide are preferably used. Moreover, when the material which comprises a wall part is a titanium oxide, it is preferable that at least one part of a titanium oxide is crystallizing. This is because at least part of the titanium oxide is crystallized, so that the refractive index of the wall material can be further increased as compared with the case where it is not crystallized. This is because the properties of the above are remarkably exhibited. Note that crystallization of titanium oxide can be measured by X-ray diffraction analysis or the like.

本実施形態の構造体におけるメソ孔13は、メソ孔の内部が空隙(中空)であっても、メソ孔の内部に有機材料もしくは無機材料が存在していても良い。ここで、メソ孔の内部に有機材料もしくは無機材料が存在するとは、メソ孔の内部に有機材料のみ存在する場合、無機材料のみ存在する場合、有機−無機ハイブリッド材料などの有機材料および無機材料が存在する場合、有機材料もしくはおよび無機材料とその他の材料が存在する場合があることは言うまでもない。また、メソ孔の内部に有機材料もしくは無機材料が存在する場合、メソ孔の少なくとも一部に有機材料もしくは無機材料が存在していれば良く、複数のメソ孔のうちの一部のメソ孔に完全に充填された状態で存在する場合と、複数のメソ孔のうちの大半のメソ孔が、内部の一部に有機材料もしくは無機材料が存在するメソ孔である場合とが含まれる。なお、本発明においては、複数のメソ孔の全てが有機材料もしくは無機材料で完全に充填された場合であっても、メソ構造がメソ孔を有し、その内部に有機材料もしくは無機材料が存在するものであるため、「メソ構造がメソ孔を有する」という概念に含まれるものとする。   The mesopores 13 in the structure according to the present embodiment may have voids (hollow) inside the mesopores, or organic materials or inorganic materials may exist inside the mesopores. Here, the presence of an organic material or an inorganic material inside a mesopore means that when only an organic material is present inside a mesopore, or when only an inorganic material is present, an organic material and an inorganic material such as an organic-inorganic hybrid material are present. Of course, when present, organic or inorganic and other materials may be present. In addition, when an organic material or an inorganic material is present inside the mesopores, it is sufficient that the organic material or the inorganic material is present in at least a part of the mesopores. The case where it is present in a completely filled state and the case where most of the mesopores among the plurality of mesopores are mesopores in which an organic material or an inorganic material exists in a part of the inside are included. In the present invention, even when all of the plurality of mesopores are completely filled with an organic material or an inorganic material, the mesostructure has mesopores, and an organic material or an inorganic material exists inside the mesopore. Therefore, it is included in the concept that “the mesostructure has mesopores”.

メソ孔の内部に存在する有機材料としては、例えば、後述するメソ構造体作製の際に構造規定剤として用いられる両親媒性物質の他、ポリマー等の高分子材料、及び分子量が10000未満のモノメリックな材料などがあげられる。   Examples of the organic material present in the mesopore include, for example, an amphiphile used as a structure-directing agent in the production of a mesostructure described later, a polymer material such as a polymer, and a monomolecular having a molecular weight of less than 10,000. Examples include meric materials.

また、メソ孔の内部に有機材料が存在する例として、有機材料が疎水性官能基を有し、メソ孔の表面が疎水性の官能基で化学修飾される例が挙げられる。このような場合、後述するように、形成される複数の凸部を有する構造体の形態を制御することが可能になる。ここで、本発明および本明細書において、疎水性官能基とは、清浄な溶融石英基板の表面を、その化合物で飽和レベルまで修飾した場合、修飾後の表面における水の接触角が90°よりも大きい官能基のことと定義する。このような疎水性官能基の例としては、アルキル基やフルオロアルキル基が挙げられる。   Further, as an example in which an organic material is present inside the mesopores, there is an example in which the organic material has a hydrophobic functional group and the surface of the mesopore is chemically modified with a hydrophobic functional group. In such a case, as will be described later, it is possible to control the form of the structure having a plurality of convex portions to be formed. Here, in the present invention and the present specification, the hydrophobic functional group means that when the surface of a clean fused quartz substrate is modified with the compound to a saturation level, the contact angle of water on the modified surface is more than 90 °. Is also defined as a large functional group. Examples of such hydrophobic functional groups include alkyl groups and fluoroalkyl groups.

メソ孔の内部に存在する無機材料は、導電性材料、絶縁性材料、半導体材料等の幅広い材料の中から選択することができる。   The inorganic material present inside the mesopores can be selected from a wide range of materials such as conductive materials, insulating materials, and semiconductor materials.

無機材料の例としては金属、窒化物、炭化物、フッ化物、ホウ化物、酸化物などを主成分とするものを用いる事ができる。無機材料は単一組成であっても、2種以上の混合物、複合材料であってもよい。反射防止膜のような光学材料に本実施形態の構造体を用いる場合には、メソ孔の内部に存在する無機材料は、バンドギャップが大きく可視光に透明である材料であることが好ましく、2.5eV以上かつ10eV以下の範囲にバンドギャップがある材料が特に好ましく用いられる。例としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニア、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛などであり、特に酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタンが、材質の高い透明性から、光学応用という観点からは好ましい。   Examples of inorganic materials that can be used include metals, nitrides, carbides, fluorides, borides, oxides, and the like as main components. The inorganic material may be a single composition or a mixture of two or more kinds or a composite material. When the structure of this embodiment is used for an optical material such as an antireflection film, the inorganic material present in the mesopores is preferably a material having a large band gap and being transparent to visible light. A material having a band gap in the range of 0.5 eV or more and 10 eV or less is particularly preferably used. Examples include silicon oxide, titanium oxide, tin oxide, zirconia oxide, niobium oxide, tantalum oxide, aluminum oxide, tungsten oxide, hafnium oxide, zinc oxide, etc., especially silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide. High transparency is preferable from the viewpoint of optical application.

メソ孔の内部に存在する無機材料は、凸部を有する構造体のメソ孔の内部に、図4(a)及び(b)に模式的に示すように一様に分布するように含まれていても良いし、メソ孔への無機材料の充填率が前記凸部の底部から先端に向かう方向において低下するように、好ましくは、空隙率が前記凸部の底部から先端に向かう方向において大きくなるように、充填量を制御しても良い。この様な充填率の局所的変化は、例えば、前述したように、凸部を形成するメソ構造体を、構造の異なる複数のメソ構造体で構成することによっても達成することが可能である(図4(d))。   The inorganic material present in the mesopores is contained so as to be uniformly distributed in the mesopores of the structure having the convex portions as schematically shown in FIGS. 4 (a) and (b). Preferably, the porosity is increased in the direction from the bottom to the tip of the projection so that the filling rate of the inorganic material into the mesopores decreases in the direction from the bottom to the tip of the projection. In this way, the filling amount may be controlled. Such a local change in the filling rate can be achieved, for example, by configuring the mesostructure forming the convex portion with a plurality of mesostructures having different structures as described above ( FIG. 4 (d)).

メソ孔への無機材料の充填率が前記凸部の底部から先端に向かう方向において低下する構造体である場合、無機材料を構成する元素の、前記メソ構造を備えた構造体を形成する材料を構成する元素に対する局所的存在比を表わす、(無機材料を構成する元素量)/(メソ構造を有する構造体を構成する元素量)の値が、前記凸部の底部から先端に向かう方向において減少する(図4(c))。   In the case of a structure in which the filling rate of the inorganic material into the mesopores decreases in the direction from the bottom to the tip of the convex portion, a material that forms the structure having the mesostructure of the element constituting the inorganic material The value of (amount of elements constituting the inorganic material) / (amount of elements constituting the structure having a mesostructure) representing the local abundance ratio with respect to the constituent elements decreases in the direction from the bottom to the tip of the convex part. (FIG. 4C).

前述の(無機材料を構成する元素量)/(メソ構造を備えた構造体を構成する元素量)の値は、イオンスパッタリングを繰り返しながら行う光電子分光法の深さ方向分析によって求めることができる。
なお、メソ孔全てを充填する場合には、壁部を構成する材料と、メソ孔に存在する材料が異なることが好ましい。
The value of (amount of elements constituting the inorganic material) / (amount of elements constituting the structure having a mesostructure) described above can be obtained by depth direction analysis of photoelectron spectroscopy performed while repeating ion sputtering.
In addition, when filling all mesopores, it is preferable that the material which comprises a wall part and the material which exists in a mesopore differ.

本実施形態の構造体は、多くの場合、基体上に形成される。基体の材質、形状は、その上に本発明の構造体が形成可能である範囲において、基本的に制限はない。
また、本実施形態の構造体は、表面に保護層を有していても良い。
以下、保護層について詳細に記載する。
The structure of this embodiment is often formed on a substrate. The material and shape of the substrate are basically not limited as long as the structure of the present invention can be formed thereon.
Moreover, the structure of this embodiment may have a protective layer on the surface.
Hereinafter, the protective layer will be described in detail.

表面に有する凸部からなる構造体の模式図を、図24に示す。基体2201上に形成された凸部2202において、表面に保護層2203を有することにより、凸部2202が有するメソ孔2204が、水分を含む大気から遮蔽される。この結果、凸部2202を形成するメソ構造中への水分の吸着を阻害でき、安定した屈折率を維持することが出来る。また、同様に、メソ孔2204を通じての基体2201への水分の到達を阻害することで、アルカリ金属酸化物・アルカリ土類金属酸化物・酸化ホウ素といった酸化物成分が含まれるような基体を用いた場合においても、これらの成分の溶出に伴う曇りや白化の発生を防止することが出来る。なお、ここで記載する空孔とは、空孔中の少なくとも一部に有機材料もしくは無機材料が充填された場合において、完全に充填しきれていない部分に生じる空孔も含む。同様に、以下の説明における空孔率とは、空孔中の少なくとも一部に有機材料もしくは無機材料が存在する場合は、有機材料もしくは無機材料が入った上での全体の体積に対する、空孔の占める割合を指す。   FIG. 24 shows a schematic diagram of a structure composed of convex portions on the surface. The convex portion 2202 formed on the base body 2201 has the protective layer 2203 on the surface, whereby the mesopores 2204 included in the convex portion 2202 are shielded from the atmosphere containing moisture. As a result, moisture adsorption into the mesostructure forming the convex portion 2202 can be inhibited, and a stable refractive index can be maintained. Similarly, a substrate containing an oxide component such as an alkali metal oxide, an alkaline earth metal oxide, or boron oxide by inhibiting moisture from reaching the substrate 2201 through the mesopores 2204 was used. Even in this case, it is possible to prevent the occurrence of fogging and whitening due to elution of these components. In addition, the void | hole described here also includes the void | hole produced in the part which is not completely filled when an organic material or an inorganic material is filled into at least one part in a void | hole. Similarly, in the following description, the porosity means the porosity with respect to the total volume of the organic material or inorganic material when organic material or inorganic material is present in at least a part of the pore. Refers to the percentage of

保護層を形成する材料としては、空孔を有する凸部への水分の侵入を抑制するという目的から、凸部よりも空孔率が小さい材料を選択することが望ましい。空孔率の大小は、例えば保護層の有無での、窒素ガス吸着法により得られる吸脱着等温線により評価することが出来る。ここで記載する吸脱着等温線とは、IUPACで定義された分類の等温線を指し、文献「Pure Appl.Chem.,57号,p.603(1985年)」に記載されている。具体的には、保護層が無い凸部のみの場合、または凸部よりも空孔率の大きい保護層が表面に形成されている場合には、凸部内部の空孔に対する吸着・脱着が支配的となり、等温線としてはIV型の吸脱着挙動を示す。一方、凸部よりも空孔率が小さい保護層が表面に形成された場合には、凸部内部の空孔に関する吸着・脱着挙動は保護層により阻害され、結果として保護層表面への吸着・脱着挙動が支配的となることから、吸脱着挙動はII型、もしくはII型に近い挙動を示す。   As a material for forming the protective layer, it is desirable to select a material having a porosity smaller than that of the convex portion for the purpose of suppressing the intrusion of moisture into the convex portion having pores. The magnitude of the porosity can be evaluated by, for example, an adsorption / desorption isotherm obtained by a nitrogen gas adsorption method with or without a protective layer. The adsorption / desorption isotherm described here refers to an isotherm defined by IUPAC, and is described in the document “Pure Appl. Chem., 57, p. 603 (1985)”. Specifically, if there is only a convex part without a protective layer, or if a protective layer with a higher porosity than the convex part is formed on the surface, adsorption / desorption with respect to the pores inside the convex part is dominant. As an isotherm, it exhibits IV type adsorption / desorption behavior. On the other hand, when a protective layer having a lower porosity than the convex portion is formed on the surface, the adsorption / desorption behavior regarding the pores inside the convex portion is hindered by the protective layer, resulting in adsorption / desorption on the protective layer surface. Since the desorption behavior is dominant, the adsorption / desorption behavior is behavior of type II or close to type II.

保護層は、メソ孔を有する凸部の表面の全ての領域を覆っていることが望ましいが、作製上の都合により、保護層が一部形成されていない領域があっても良い。そのような場合でも保護層の効果は期待できるが、メソ孔を有する凸部の表面の少なくとも50%以上には保護層が形成されていることが望ましい。   The protective layer desirably covers the entire region of the surface of the convex portion having mesopores, but there may be a region where the protective layer is not partially formed for convenience of manufacture. Even in such a case, the effect of the protective layer can be expected, but it is desirable that the protective layer is formed on at least 50% or more of the surface of the convex part having mesopores.

以下、メソ構造を有する凸部と、その表面に形成された保護層について、図25を用いてより詳細に説明する。なお、ここでは凸部内部に存在するメソ孔2204を模式的に丸い形状で示しているが、メソ孔の形状には特に制限がなく、またメソ孔同士が連結していても良い。   Hereinafter, the convex part which has a mesostructure, and the protective layer formed in the surface are demonstrated in detail using FIG. Here, the meso hole 2204 existing inside the convex portion is schematically shown as a round shape, but the shape of the meso hole is not particularly limited, and the meso holes may be connected to each other.

図25(a)は、保護層を有する構造体の一例を示す模式図である。メソ孔2204を含む凸部2202において、表面部分のみに保護層2203が形成され、凸部内部の空孔率は保護層形成前の状態を維持している。このような構造を作製する手段として、例えば「Journal of American Chemical Society 128号、p.11018(2006年)」に記載されているような、プラズマアシスト原子層堆積法を用いることが出来る。   FIG. 25A is a schematic diagram illustrating an example of a structure having a protective layer. In the convex portion 2202 including the mesopores 2204, the protective layer 2203 is formed only on the surface portion, and the porosity inside the convex portion maintains the state before the protective layer is formed. As a means for producing such a structure, for example, a plasma assisted atomic layer deposition method as described in “Journal of American Chemical Society 128, p. 11018 (2006)” can be used.

図25(b)は、保護層を有する構造体の別の一例を示す模式図である。メソ孔を有する凸部2202の表面に、外部にメソ孔が露出している場合、及び、それらのメソ孔が凸部の表面からある深さまで連続している場合には、保護層2203として形成する材料が、表面から数層分に当たるメソ孔まで侵入して充填する場合もある。この場合であっても、形成された保護層2203は、大気中の水分を遮断する働きがある。そのため、凸部を含む構造体において、凸部の底面から先端に向かう方向に屈折率が連続的に減少している限りは、このような構造であってもよい。   FIG. 25B is a schematic diagram illustrating another example of a structure having a protective layer. When mesopores are exposed to the outside on the surface of the convex portion 2202 having mesopores, and when these mesopores are continuous from the surface of the convex portion to a certain depth, the protective layer 2203 is formed. In some cases, the material to be filled penetrates from the surface to the mesopores corresponding to several layers. Even in this case, the formed protective layer 2203 functions to block moisture in the atmosphere. Therefore, a structure including a convex portion may have such a structure as long as the refractive index continuously decreases in the direction from the bottom surface of the convex portion toward the tip.

図25(c)は、保護層を有する構造体のさらに別の一例を示す模式図である。この例では、凸部2202が有するメソ孔2206に有機材料もしくは無機材料が存在し、凸部の表面に保護層2203を形成した例である。この時、保護層2203を形成する材料は、保護層形成前の凸部の空孔率よりも低い値の空孔率を有するものであれば特に制限はない。また、メソ孔に存在する材料(有機材料もしくは無機材料)と、保護層を形成する材料が同じ材料であっても良い。このような構造は、例えば、メソ孔を有する凸部を形成した後、メソ孔内に有機材料もしくは無機材料を充填した上で、メソ孔の表面に保護層を形成することで容易に得られる。一般的な真空装置を用いた成膜手法のほかに、スピンコート法やディップコート法などの塗布による成膜も用いることが出来る。また、メソ孔に充填する材料(有機材料もしくは無機材料)と同じ材料かつ同じプロセスで凸部の表面に保護層を形成してもよい。そのような場合、メソ孔に有機材料もしくは無機材料が充填した後に、そのまま充填を継続して行うことで、保護層を形成することも可能であるし、メソ孔に有機材料もしくは無機材料が充填した後に、充填を停止し、その後充填を再開することで保護層を形成することも可能である。   FIG. 25C is a schematic view showing still another example of a structure having a protective layer. In this example, an organic material or an inorganic material is present in the mesopores 2206 of the convex portion 2202, and the protective layer 2203 is formed on the surface of the convex portion. At this time, the material for forming the protective layer 2203 is not particularly limited as long as it has a porosity of a value lower than the porosity of the convex portions before the protective layer is formed. Further, the material (organic material or inorganic material) present in the mesopores and the material forming the protective layer may be the same material. Such a structure can be easily obtained by, for example, forming a convex part having mesopores, filling an organic or inorganic material in the mesopores, and forming a protective layer on the surface of the mesopores. . In addition to a film forming method using a general vacuum apparatus, film forming by coating such as a spin coating method or a dip coating method can also be used. Moreover, you may form a protective layer on the surface of a convex part with the same material and the same process as the material (organic material or inorganic material) with which a mesopore is filled. In such a case, it is possible to form a protective layer by filling the mesopores with an organic material or an inorganic material and continuing the filling as it is, and filling the mesopores with an organic material or an inorganic material. Then, it is possible to form the protective layer by stopping the filling and then restarting the filling.

保護層を形成する材料としては、具体的には、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、リン酸アルミニウムなどが挙げられる。   Specific examples of the material for forming the protective layer include silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, and aluminum phosphate.

保護層の厚さは、1nm以上20nm以下であることが望ましい。保護層の厚さが1nm未満の場合は、十分な膜厚均一性を維持することが出来ず、大気中の水分を遮蔽する効果が十分に得られない場合がある。また、保護層の膜厚が20nmより大きい場合は、本発明の凸部形状に対して保護層が占める割合が大きくなりすぎてしまい、例えば構造体を反射防止膜として利用する場合には、凸部における屈折率の連続的な変化を一部相殺してしまう場合がある。   The thickness of the protective layer is preferably 1 nm or more and 20 nm or less. When the thickness of the protective layer is less than 1 nm, sufficient film thickness uniformity cannot be maintained, and the effect of shielding moisture in the atmosphere may not be sufficiently obtained. Further, when the thickness of the protective layer is larger than 20 nm, the ratio of the protective layer to the convex shape of the present invention becomes too large. For example, when the structure is used as an antireflection film, In some cases, the continuous change in the refractive index in the portion is partially offset.

<第二の実施形態>
本実施形態の構造体は、表面に複数の凸部を有する構造体であって、前記凸部の底部から先端に向かう方向に垂直な面で前記凸部を切断した時の断面が、前記方向に沿って小さくなる形状を有し、前記凸部がメソ孔を有するメソ構造を有し、前記凸部の先端に金属元素が存在しており、前記凸部の底辺の長さをD、前記凸部の高さをHとした時、H/Dが2.0以上であることを特徴とする構造体である。
<Second Embodiment>
The structure of the present embodiment is a structure having a plurality of protrusions on the surface, and the cross section when the protrusion is cut along a plane perpendicular to the direction from the bottom to the tip of the protrusion is the direction. The convex portion has a mesostructure having mesopores, a metal element is present at the tip of the convex portion, and the length of the bottom side of the convex portion is D, H / D is 2.0 or more, where H is the height of the convex portion.

本実施形態の構造体は、凸部の形状が異なる点、凸部の先端に金属元素が存在する点、凸部の高さをH、凸部の底辺の長さをDとした時のH/Dが2.0以上である点以外は第一の実施形態と同じである。
したがって、以下では異なる点のみ記載する。
The structure of this embodiment is different in that the shape of the convex portion is different, the metal element is present at the tip of the convex portion, the height of the convex portion is H, and the length of the base of the convex portion is H. Except that / D is 2.0 or more, it is the same as the first embodiment.
Therefore, only different points will be described below.

本実施形態の構造体が有する凸部の先端に存在する金属元素は、プラズマエッチング装置のエッチングチャンバーを構成する部材を含んでいても良い。製造方法に関する説明の中で後述するが、本実施形態の構造体は、プラズマエッチング処理の条件を調整し、エッチング処理中に、エッチングチャンバーを構成する部材を含む物質が、膜表面に微細なドメインとなるように形成し、このドメイン状に形成された物質を耐エッチング材料として製造することもできる。この場合には、前記凸部の先端にはプラズマエッチング装置のエッチングチャンバーを構成する部材を含む物質が残存する構造体が形成される。上記プラズマエッチング装置のエッチングチャンバーを構成する部材を含む物質は、典型的には金属元素を含む物質であり、特にアルミニウムを含む物質である。   The metal element present at the tip of the convex portion of the structure of the present embodiment may include a member constituting an etching chamber of the plasma etching apparatus. As will be described later in the description of the manufacturing method, the structure of the present embodiment adjusts the conditions of the plasma etching process, and during the etching process, the substance including the member constituting the etching chamber has fine domains on the film surface. The substance formed in the domain shape can be manufactured as an etching resistant material. In this case, a structure in which a substance including a member constituting an etching chamber of the plasma etching apparatus remains is formed at the tip of the convex portion. The substance containing the member constituting the etching chamber of the plasma etching apparatus is typically a substance containing a metal element, and particularly a substance containing aluminum.

後ほど、本実施形態の構造体の製造方法に関する記載で説明するが、このように凸部の先端に金属元素が存在する場合には、構造体が有する凸部のアスペクト比が高アスペクト比(H/Dが2.0以上)になりやすい。   As will be described later in the description of the manufacturing method of the structure according to the present embodiment, when the metal element is present at the tip of the protrusion as described above, the aspect ratio of the protrusion of the structure has a high aspect ratio (H / D is likely to be 2.0 or more).

<第三の実施形態>
本実施形態の構造体は、複数の凸部を有し、前記凸部の底部から先端に向う方向に垂直な面で凸部を切断した時の断面の面積が当該方向に沿って小さくなるような形状を有し、隣接する前記凸部の先端間の平均間隔が100nm以下であり、前記凸部の底辺の長さをD、前記凸部の高さをHとした時に、H/Dが1/2以上であることを特徴とする構造体である。
<Third embodiment>
The structure of the present embodiment has a plurality of protrusions, and the cross-sectional area when the protrusions are cut along a plane perpendicular to the direction from the bottom to the tip of the protrusions is reduced along the direction. When the average distance between the tips of adjacent convex portions is 100 nm or less, the length of the base of the convex portion is D, and the height of the convex portion is H, H / D is It is a structure characterized by being 1/2 or more.

複数の凸部を有する構造体の形状は、基本的に図1に示した、第一の実施形態に記載の構造体の形状と同じであり、複数の凸部を有する形状をなしているが、本実施形態の構造体は、メソ孔を有していない。本実施形態の構造体の隣接する凸部の先端間の平均間隔は100nm以下であり、且つ前記凸部の底辺の長さをD、前記凸部の高さをHとしたきにH/Dの値で定義されるアスペクト比は1/2以上である。このような構造体を基体上に形成することで、基体表面における反射率を大幅に低減することができる。反射率低減効果は、1/2以上のアスペクト比で確認されるが、前記アスペクト比は高い方が好ましく、より好ましくは1以上、さらに好ましくは√3/2以上である。このような形態的特徴を有する構造体は、従来の材料加工技術では作製が困難であるものであり、後に記載する本実施形態の製造方法によって作製が可能になったものである。   The shape of the structure having a plurality of protrusions is basically the same as the shape of the structure described in the first embodiment shown in FIG. 1 and has a shape having a plurality of protrusions. The structure of this embodiment does not have mesopores. The average interval between the tips of adjacent convex portions of the structure of the present embodiment is 100 nm or less, and the length of the base of the convex portion is D, and the height of the convex portion is H. The aspect ratio defined by this value is ½ or more. By forming such a structure on the substrate, the reflectance on the substrate surface can be significantly reduced. The reflectance reduction effect is confirmed with an aspect ratio of ½ or more, but the aspect ratio is preferably higher, more preferably 1 or more, and further preferably √3 / 2 or more. A structure having such morphological features is difficult to manufacture by a conventional material processing technique, and can be manufactured by the manufacturing method of this embodiment described later.

また、第一の実施形態と同様に、本実施形態の構造体における凸部は、構造体全体に渡って均一に存在していることが好ましい。具体的には、前記凸部の先端間の平均間隔をpとし、前記先端間の間隔の分布における標準偏差をσとするとき、
0.1<σ/p<0.5 式1
であることが好ましい。
Further, similarly to the first embodiment, it is preferable that the convex portions in the structure of the present embodiment exist uniformly over the entire structure. Specifically, when the average interval between the tips of the convex portions is p, and the standard deviation in the distribution of the intervals between the tips is σ,
0.1 <σ / p <0.5 Equation 1
It is preferable that

<第四の実施形態>
本実施形態の反射防止膜は、第一〜第三の実施形態のいずれかの実施形態に記載の構造体を有する。
<Fourth embodiment>
The antireflection film of this embodiment has the structure described in any one of the first to third embodiments.

上記のように説明してきた第一〜第三の実施形態に記載の構造体は、凸部の底部から先端に向う方向に垂直な面で凸部を切断した時の断面の面積が当該方向に沿って小さくなる形状を有する複数の凸部を表面に有することにより、見かけの屈折率実部が凸部の底部から先端に向かう方向に沿って小さくなるため、空気と構造体の間の屈折率変化が緩やかになる。したがって、第一〜第三の実施形態に記載の構造体は、いずれも、基体の表面に形成された場合、光学界面における屈折率変化の急峻性が低下する結果、可視光乃至近赤外の反射を抑制し、優れた反射防止膜として機能する。   In the structures described in the first to third embodiments described above, the area of the cross section when the convex part is cut in a direction perpendicular to the direction from the bottom part of the convex part to the tip is in the direction. By having a plurality of convex portions having a shape that decreases along the surface, the apparent refractive index real portion decreases along the direction from the bottom to the tip of the convex portion, so the refractive index between the air and the structure Change will be gradual. Accordingly, when the structures described in the first to third embodiments are all formed on the surface of the substrate, the steepness of the refractive index change at the optical interface is reduced, and as a result, visible light to near-infrared light is emitted. It suppresses reflection and functions as an excellent antireflection film.

本実施形態の反射防止膜が反射防止能を示す電磁波の波長範囲は、可視光乃至近赤外領域にある。   The wavelength range of the electromagnetic wave in which the antireflection film of this embodiment exhibits antireflection ability is in the visible light to near infrared region.

さらに、本実施形態の反射防止膜は、基体と屈折率のほぼ等しい材料を使用して形成する、又は、メソ構造体で作製した本発明の構造体のメソ孔内に構造体の屈折率が基体の屈折率にマッチングするようにメソ孔の空孔率を制御するもしくは他の材料を材質と量を制御して導入することによって、基体と本実施形態の反射防止膜の界面における屈折率差による反射を抑制することができる。
これを図8を用いて説明する。
Furthermore, the antireflection film of this embodiment is formed using a material having a refractive index substantially equal to that of the substrate, or the refractive index of the structure is within the mesopores of the structure of the present invention made of the mesostructure. By controlling the porosity of mesopores to match the refractive index of the substrate or introducing other materials with controlled materials and amounts, the difference in refractive index at the interface between the substrate and the antireflection film of this embodiment The reflection by can be suppressed.
This will be described with reference to FIG.

第一〜第三の実施形態に記載の微細構造体の実効的な屈折率nfilmは以下の式(3)で表され、反射防止を実施しようとする部材に合わせて各値を適宜設定する事ができる。
The effective refractive index nfilm of the microstructure described in the first to third embodiments is expressed by the following formula (3), and each value is appropriately set according to the member to be subjected to antireflection. Can do.

通常、第1の材質から成る基体の上に、第2の材料が形成された場合、該第2の材料を透過する波長の電磁波に関しては、図8(a)に示すように、基体表面での反射R2と、第2の材料表面での反射R1とが起こる。ここで、前記第2の材料の表面に本実施形態の反射防止膜を形成することにより、反射Rtotalは、反射防止膜が有する微細構造体(凸部)の形状効果により低減される反射R1と、部材と微細構造体界面の反射R2により決定され、式(4)で表され、
Normally, when the second material is formed on the base made of the first material, the electromagnetic wave having a wavelength that passes through the second material, as shown in FIG. Reflection R2 and reflection R1 on the second material surface occur. Here, by forming the antireflection film of the present embodiment on the surface of the second material, the reflection Rtotal is reduced by the reflection R1 that is reduced by the shape effect of the microstructure (convex portion) of the antireflection film. , Determined by the reflection R2 of the interface between the member and the microstructure, and expressed by the formula (4),

第2の材料表面では界面が定義できなくなることにより反射率が大きく低減される。   Since the interface cannot be defined on the surface of the second material, the reflectance is greatly reduced.

しかし、そのような場合においても、前記第1の材料と第2の材料との屈折率が異なる場合には、基体と第2の材料の界面での反射R2は防止できない(図8(b))。   However, even in such a case, if the refractive index of the first material is different from that of the second material, reflection R2 at the interface between the base and the second material cannot be prevented (FIG. 8B). ).

反射防止を実施する部材の屈折率nsubと、微細構造体の実効屈折率n3(n_film)との差と、両者の界面での反射率の関係を図22に示す。なお、図22では、n_subをn4、微細構造体の実効屈折率n_filmをn3で示してある。   FIG. 22 shows the relationship between the refractive index nsub of the member for preventing reflection and the effective refractive index n3 (n_film) of the microstructure and the reflectance at the interface between the two. In FIG. 22, n_sub is indicated by n4, and the effective refractive index n_film of the fine structure is indicated by n3.

ここで、第1と第2の材料の屈折率をマッチさせれば、図8(c)に示すように、R1もR2も抑制することができ、原理上反射が起こらなくなる。言い換えれば、微細構造体203の形状効果による反射(R1)の低減に加え、微細構造体と部材との屈折率を揃える事により反射(R2)を低減する事ができ、原理的に無反射を実現する事が可能となる。
両者の屈折率差(n_sub−n_film)の範囲としては、両者の関係が下記式(5)を満たすようにする事が、より好ましい。
Here, if the refractive indexes of the first and second materials are matched, as shown in FIG. 8C, both R1 and R2 can be suppressed, and reflection does not occur in principle. In other words, in addition to reducing the reflection (R1) due to the shape effect of the fine structure 203, the reflection (R2) can be reduced by aligning the refractive index of the fine structure and the member. It can be realized.
As the range of the refractive index difference (n_sub−n_film) of both, it is more preferable that the relationship between the two satisfies the following formula (5).

本実施形態の反射防止膜では、この、R1とR2の抑制が同時に達成されるわけであるが、R2を抑制する方法として、第1の材料とマッチングした屈折率を有する材料に本実施形態の反射防止膜が有する微細構造(凸部)を形成する方法と、メソ構造体に微細構造(凸部)を形成した後に、メソ孔内に、適切な屈折率を有する材料を量を制御して導入してすることで構造体と基体の屈折率をマッチングさせる方法とがあるということである。図8(d)は、中空のメソ孔を有するシリカメソ構造体の細孔内に酸化チタンを導入した場合の屈折率の変化を示すグラフである。図からわかるように、元のシリカメソ構造体の空孔率、導入する酸化チタンの量によって屈折率が精密に制御できる。ここでは酸化チタンの導入に関する例を示したが、細孔内に導入する材料を変化させることで、同じ空孔率のメソ構造体の導入量に伴う屈折率変化の割合を変化させることが可能である。   In the antireflection film of this embodiment, this suppression of R1 and R2 is achieved at the same time, but as a method of suppressing R2, a material having a refractive index matching that of the first material is used in the present embodiment. A method of forming the fine structure (convex portion) of the antireflection film, and after forming the fine structure (convex portion) in the mesostructure, the amount of material having an appropriate refractive index is controlled in the mesopores. In other words, there is a method for matching the refractive indexes of the structure and the substrate by introducing them. FIG. 8D is a graph showing changes in the refractive index when titanium oxide is introduced into the pores of a silica mesostructure having hollow mesopores. As can be seen from the figure, the refractive index can be precisely controlled by the porosity of the original silica mesostructure and the amount of titanium oxide introduced. Here, an example related to the introduction of titanium oxide was shown, but by changing the material to be introduced into the pores, it is possible to change the rate of change in refractive index with the amount of mesostructured material having the same porosity. It is.

このように、形成した、隣接する前記凸部の錐面同士が結合しており、前記錐面同士が結合する部分が前記基体の表面よりも前記反射防止膜側にあり、前記錐面同士が結合する部分と前記基体との距離が一定でないことが好ましい。これは、錐面同士が結合する部分と前記基体との距離が一定でないことにより、基体と反射防止膜の界面での屈折率変化率が小さくなり、より反射防止効果が高まるからである。   Thus, the formed conical surfaces of the adjacent convex portions are bonded to each other, the portion where the conical surfaces are bonded to each other is on the antireflection film side of the surface of the base, and the conical surfaces are It is preferable that the distance between the portion to be bonded and the substrate is not constant. This is because the rate of change in the refractive index at the interface between the base and the antireflection film is reduced and the antireflection effect is further increased because the distance between the portion where the conical surfaces are bonded to the base is not constant.

また、本実施形態の反射防止膜が有する構造体がメソ構造を有する場合には、反射防止膜の前記基体と接触する層がメソ構造を有しており、前記基体の屈折率をna、前記反射防止膜を構成する層のうち前記基体と接触する層の屈折率をnbとした時に、
0≦|na−nb|≦0.05
であることが好ましい。
When the structure of the antireflection film of this embodiment has a mesostructure, the layer of the antireflection film that contacts the base has a mesostructure, and the refractive index of the base is na, Of the layers constituting the antireflection film, when the refractive index of the layer in contact with the substrate is nb,
0 ≦ | na−nb | ≦ 0.05
It is preferable that

これは、基体と接触する構造体の屈折率が基体の屈折率にマッチングするように空孔率を制御するもしくはメソ孔内に他の材料を材質と量を制御して導入することによって、本実施形態の反射防止膜と基体とを有する光学部材における、基体と、反射防止膜の界面の屈折率差が0.05以下となり、かつ構造体が有する凸部の先端における空気と構造体との間の緩やかな屈折率変化により、高い反射防止効果を実現することができるからである。   This can be achieved by controlling the porosity so that the refractive index of the structure in contact with the substrate matches the refractive index of the substrate or by introducing other materials into the mesopores with controlled material and quantity. In the optical member having the antireflection film and the substrate of the embodiment, the refractive index difference between the interface between the substrate and the antireflection film is 0.05 or less, and the air and the structure at the tip of the convex portion of the structure This is because a high antireflection effect can be realized by a moderate change in refractive index.

基体の表面に存在する本実施形態の反射防止膜を有する光学素子の基体は、可視光を集光する基体(すなわち凸レンズ)もしくは可視光を発散させる基体(すなわち凹レンズ)であることが好ましい。このような場合、特に反射防止効果が高い。   The substrate of the optical element having the antireflection film of this embodiment present on the surface of the substrate is preferably a substrate that collects visible light (that is, a convex lens) or a substrate that emits visible light (that is, a concave lens). In such a case, the antireflection effect is particularly high.

さらに、基体と、本実施形態の反射防止膜を有する光学部材において、反射防止膜が有する構造体がメソ構造を有し、構造体のメソ孔の内部に有機材料もしくは無機材料が存在する場合には、メソ構造のメソ孔は、基体の法線方向に周期的に配向していることが好ましい。これを言い換えると、反射防止膜が有する構造体がメソ構造の基体に対する結晶学的方位が一方向であるとも表現することもできる。このような構造とすることで、メソ孔の内部に有機材料もしくは無機材料を充填する際に、充填量を制御しやすくなる。   Further, in the optical member having the base and the antireflection film of this embodiment, the structure of the antireflection film has a mesostructure, and an organic material or an inorganic material is present inside the mesopores of the structure. The mesopores of the mesostructure are preferably periodically oriented in the normal direction of the substrate. In other words, the structure of the antireflection film can also be expressed as having a single crystallographic orientation with respect to the mesostructured substrate. With such a structure, the filling amount can be easily controlled when filling the inside of the mesopores with an organic material or an inorganic material.

<第五の実施形態>
本実施形態の撥水性膜は、第一の実施形態に記載の構造体のメソ孔の内部に有機材料が存在する構造体を有する撥水性膜である。
<Fifth embodiment>
The water repellent film of the present embodiment is a water repellent film having a structure in which an organic material is present inside the mesopores of the structure described in the first embodiment.

すなわち、本実施形態の撥水性膜は、表面に複数の凸部を有する構造体を有し、前記凸部がメソ構造を有し、前記メソ構造がメソ孔を有する構造であり、前記メソ孔の内部に有機材料が存在することを特徴とする撥水性膜である。
本実施形態の撥水性膜の構造を図2に模式的に示す。
That is, the water-repellent film of the present embodiment has a structure having a plurality of protrusions on the surface, the protrusions have a mesostructure, and the mesostructure has a mesopore. The water-repellent film is characterized in that an organic material is present in the inside.
The structure of the water-repellent film of this embodiment is schematically shown in FIG.

本実施形態の撥水性膜は、構造体が有するメソ孔の内部に有機材料が存在するが、メソ孔の内部に存在する有機材料は疎水性官能基を有することが好ましい。ここで、メソ孔の内部に存在する有機材料は全てのメソ孔に存在していても良く、一部のメソ孔にのみ存在していても良い。また、全てのメソ孔の表面にのみ存在していても良く、一部のメソ孔の表面にのみ存在していても良い。メソ孔の表面にのみ疎水性官能基を有する有機材料が存在している場合は、メソ孔の表面が疎水性官能基で修飾されていると表現することもできる。さらに、メソ孔の表面が疎水性官能基で修飾されかつメソ孔の内部に疎水性官能基を有する有機材料が存在していても良い。
これを詳細に図4の模式図を用いて説明する。
In the water-repellent film of the present embodiment, an organic material exists in the mesopores of the structure, but the organic material present in the mesopores preferably has a hydrophobic functional group. Here, the organic material present inside the mesopores may be present in all the mesopores, or may be present only in some mesopores. Moreover, it may exist only on the surface of all the mesopores, or may exist only on the surface of some mesopores. When an organic material having a hydrophobic functional group exists only on the surface of the mesopores, it can also be expressed that the surface of the mesopores is modified with a hydrophobic functional group. Furthermore, an organic material in which the surface of the mesopore is modified with a hydrophobic functional group and the hydrophobic functional group is present inside the mesopore may be present.
This will be described in detail with reference to the schematic diagram of FIG.

メソ孔の内部に有機材料が存在するとは、図4(a)のように、有機化合物を成分として含む有機材料13がメソ孔内に存在する場合、および、図4(b)のように、メソポーラス材料の表面が疎水性官能基14などの有機材料で修飾されている場合のいずれをも含む。疎水性官能基による修飾は、メソ孔表面のみならず、メソ孔を疎水性官能基が埋め尽くしていても良い。また、導入量や修飾量は、図4(c)のように、必ずしも一様でなくても良い。図4(b)は、メソ孔の内壁が、完全に疎水性官能基によって覆われているように描かれているが、被覆率が不完全で、部分的にメソ孔の細孔壁が露出していても良い。完全に疎水性官能基によって覆われていなくても疎水性の官能基が、アルキル基、若しくはフルオロアルキル基を含む場合、撥水効果が顕著である。   The presence of the organic material in the mesopores means that the organic material 13 containing an organic compound as a component exists in the mesopores as shown in FIG. 4A, and as shown in FIG. This includes any case where the surface of the mesoporous material is modified with an organic material such as a hydrophobic functional group 14. The modification with the hydrophobic functional group may include not only the surface of the mesopore but also the mesopore filled with the hydrophobic functional group. Further, the introduction amount and the modification amount are not necessarily uniform as shown in FIG. In FIG. 4 (b), the inner wall of the mesopore is depicted as completely covered with a hydrophobic functional group, but the coverage is incomplete and the mesopore pore wall is partially exposed. You may do it. Even if it is not completely covered with a hydrophobic functional group, when the hydrophobic functional group contains an alkyl group or a fluoroalkyl group, the water repellent effect is remarkable.

以下に、メソ孔表面に形成される官能基の例を示す。但し、本発明に使用可能な官能基はこれらに限定されるわけではない。各修飾基は、酸素原子を介して、前記メソポーラス膜の主骨格と共有結合を形成していることが好ましい。下記に列挙した官能基の例におけるnは、修飾基中のケイ素原子に直接結合している疎水基の数を示す。これらの修飾基を導入する材料は、シランカップリング剤が好ましく、これらの官能基を有するアルコキシド、もしくはハライドが好ましく用いられる。疎水性修飾基をメソポーラス膜中へ導入する方法に制限は無く、化学気相成長法、疎水性修飾基の原料を含む溶液中への浸漬などが用いられる。
Below, the example of the functional group formed in the mesopore surface is shown. However, functional groups that can be used in the present invention are not limited to these. Each modifying group preferably forms a covalent bond with the main skeleton of the mesoporous film via an oxygen atom. N in the examples of the functional groups listed below indicates the number of hydrophobic groups directly bonded to the silicon atom in the modifying group. The material into which these modifying groups are introduced is preferably a silane coupling agent, and alkoxides or halides having these functional groups are preferably used. There is no limitation on the method of introducing the hydrophobic modifying group into the mesoporous film, and chemical vapor deposition, immersion in a solution containing the raw material of the hydrophobic modifying group, or the like is used.

本実施形態の撥水性膜は、その微細な特徴的表面形状と、メソ孔内部に存在する有機材料の疎水的性質により、優れた撥水性能を有することになる。本実施形態の撥水性膜は、機械的衝撃や摩耗によって、表面層が部分的に破壊された場合にも、内部に存在する有機材料が表面に露出することになるため、耐久性に優れるという特長を有している。   The water-repellent film of the present embodiment has excellent water-repellent performance due to its fine characteristic surface shape and the hydrophobic property of the organic material existing inside the mesopores. The water-repellent film of this embodiment is excellent in durability because the organic material present inside is exposed to the surface even when the surface layer is partially destroyed by mechanical impact or wear. Has features.

また、本実施形態の撥水性膜は、前記複数の凸部が、凹凸形状を有する表面に存在し、前記複数の凸部の周期および高さよりも前記凹凸形状の周期および高さが大きいことが好ましい。このような場合、撥水性膜を複数の層で構成し、複数の凸部を有する層aの表面に、前述の構造体を有する層bが存在し、前記層aが有する一つの凸部の表面に層bが有する複数の凸部が存在する構造としても良い。   Further, in the water-repellent film of the present embodiment, the plurality of convex portions are present on a surface having a concave and convex shape, and the cycle and height of the concave and convex shapes are larger than the cycle and height of the plurality of convex portions. preferable. In such a case, the water-repellent film is composed of a plurality of layers, the layer b having the above-described structure exists on the surface of the layer a having a plurality of protrusions, and one protrusion of the layer a has one protrusion. It is good also as a structure where the some convex part which the layer b has on the surface exists.

このような場合、見掛け上の表面積が増加することにより顕著な撥水効果が発揮されることがある。本実施形態の撥水性膜が有する複数の凸部は、先述したように、マスクを設置せずに形成することができる。その結果、従来のマスクを用いる方法では凸部の形成が困難であった、非平坦面に対しても、微細な凸部を均一に形成することができる。表面に凸部を有する撥水性膜においては、疎水性の官能基で修飾された表面の面積が大きくなるほど、高い撥水効果を示すことが知られている。そのため、先述の凸部よりも大きな周期と高低差を有するような第1の凹凸形状をあらかじめ表面に形成した上で、第1の凹凸形状の表面に、微細な凸部を形成することは、見掛け上の表面積を増加させる。その上で疎水性官能基により凸部の表面及びメソ孔の表面を修飾することで、より表面の撥水性に優れた撥水性膜を得ることができる。これについて図19を用いて説明する。   In such a case, a remarkable water-repellent effect may be exhibited by increasing the apparent surface area. As described above, the plurality of convex portions of the water-repellent film of the present embodiment can be formed without installing a mask. As a result, it is possible to uniformly form fine convex portions even on a non-flat surface, which is difficult to form convex portions by the conventional method using a mask. It is known that a water-repellent film having a convex portion on the surface exhibits a higher water-repellent effect as the surface area modified with a hydrophobic functional group increases. Therefore, after forming the first concavo-convex shape having a larger period and height difference than the above-described convex portion on the surface in advance, forming a fine convex portion on the surface of the first concavo-convex shape, Increase the apparent surface area. Further, by modifying the surface of the convex portion and the surface of the mesopores with a hydrophobic functional group, a water-repellent film having a more excellent surface water repellency can be obtained. This will be described with reference to FIG.

図19(a)は、基体1902上に、円錐状の第1の凹凸形状(先端間の平均間隔:p´、先端部の高さ:H´)を形成し、その表面を、メソ構造を有し、メソ構造におけるメソ孔の少なくとも一部に有機材料が存在する複数の微細な凸部を有する構造体1901(先端間の平均間隔:p、先端部の高さ:H)とした、本実施形態の撥水性膜の一例を示す模式図である。この時、pよりもp´を大きく、かつHよりもH´を大きく設計することにより、表面の形状がフラクタル構造に似た形となる。その結果、見掛け上の表面積が増加し、結果として表面の撥水性をさらに高めることができる。なお、図19(a)において、H´は、第1の凹凸形状のうち、ある1周期に相当する領域内において、先端部の高さの最大高低差を示すと定義する。第1の凹凸の形状としては、矩形状のものも好ましく用いることができる。この場合、メソ孔の内部に有機材料を有する第一の実施形態に記載の構造体を形成することによって図19(b)に模式的に示すような、構造の膜が得られる。この場合においても、先述の図19(a)と同様に、pよりもp´を大きく、かつHよりもH´を大きく設計することにより、見掛け上の表面積が増加し、結果として表面の撥水性をさらに高めることができる。     In FIG. 19A, a conical first concavo-convex shape (average interval between tips: p ′, height of tip portion: H ′) is formed on a substrate 1902, and the surface thereof has a mesostructure. And a structure 1901 having a plurality of fine convex portions in which an organic material exists in at least a part of mesopores in the mesostructure (average distance between tips: p, height of tips: H) It is a schematic diagram which shows an example of the water repellent film of embodiment. At this time, by designing p ′ larger than p and H ′ larger than H, the shape of the surface becomes similar to a fractal structure. As a result, the apparent surface area increases, and as a result, the water repellency of the surface can be further increased. In FIG. 19A, H ′ is defined to indicate the maximum height difference in the height of the tip in the region corresponding to a certain period in the first concavo-convex shape. As the shape of the first unevenness, a rectangular shape can also be preferably used. In this case, a film having a structure as schematically shown in FIG. 19B is obtained by forming the structure described in the first embodiment having an organic material inside the mesopores. Also in this case, like FIG. 19A described above, by designing p ′ larger than p and H ′ larger than H, the apparent surface area increases, and as a result, the surface repelling is increased. The aqueous property can be further increased.

このような第一の凹凸形状を形成する際のp´の上限値には特に制限は無いが、現実的に撥水性膜の表面に発生する水滴の大きさを考慮すると、撥水性の向上効果が十分に確認できるp´としては1mm程度以下が好ましい。また、上記第一の凹凸形状を形成する際のH´の上限値についても特に制限は無いが、第一の凹凸形状の作製プロセスの難易度などを考慮すると、H´は10μm以下程度であることが望ましい。   There is no particular limitation on the upper limit value of p ′ when forming such a first concavo-convex shape, but in consideration of the size of water droplets that are actually generated on the surface of the water-repellent film, the effect of improving water repellency Is preferably about 1 mm or less. Further, there is no particular limitation on the upper limit value of H ′ when forming the first concavo-convex shape, but in consideration of the difficulty level of the manufacturing process of the first concavo-convex shape, H ′ is about 10 μm or less. It is desirable.

本実施形態の撥水性膜が有する構造体における、メソ構造体の壁部を構成する物質は、安定性や、表面修飾の容易性等から、酸化ケイ素であることが好ましい。   In the structure of the water repellent film of this embodiment, the substance constituting the wall of the mesostructure is preferably silicon oxide from the viewpoint of stability, ease of surface modification, and the like.

また、上述の本実施形態の撥水性膜は、その表面での、水滴に対する接触角が、150度以上であると定義する。この大きな接触角は、凹凸を有しない平坦な表面の基体では、表面の疎水性をいかに大きくしても達成できない値である。   In addition, the water repellent film of the present embodiment described above is defined as having a contact angle with respect to water droplets of 150 degrees or more on the surface. This large contact angle is a value that cannot be achieved with a flat surface substrate having no irregularities, no matter how large the surface hydrophobicity is.

<第六の実施形態>
本実施形態の質量分析用基板は、導電性を有する基体と、該基体の表面に存在するメソ構造の壁部が酸化チタンである第一もしくは第二の実施形態に記載の構造体と、を有する質量分析用基板である。
<Sixth embodiment>
The substrate for mass spectrometry of the present embodiment includes a base having conductivity, and the structure according to the first or second embodiment in which the wall portion of the mesostructure existing on the surface of the base is titanium oxide. A substrate for mass spectrometry.

また、本実施形態に含まれる別の形態の質量分析用基板は、導電性を有する基体と、該基体の表面に存在する凸部が酸化チタンからなる第三の実施形態に記載の構造体と、を有する質量分析用基板である。   Another embodiment of the mass spectrometric substrate included in the present embodiment includes a conductive substrate, and the structure according to the third embodiment in which convex portions present on the surface of the substrate are made of titanium oxide. And a substrate for mass spectrometry.

この材質に関する制約は、酸化チタンが導電性を有していること、及び質量分析の励起用レーザー光の波長域に強い吸収を有することの2つの要請による。細孔壁を形成する酸化チタンは、非晶質であっても、一部が結晶化していても良いが、微結晶を含む場合の方が、イオン化効率がさらに増大し、S/N比が向上するために好ましい。   This restriction on the material is due to two requirements that titanium oxide has conductivity and that it has strong absorption in the wavelength region of the laser beam for mass spectrometry excitation. The titanium oxide forming the pore walls may be amorphous or partly crystallized, but the ionization efficiency is further increased and the S / N ratio is increased in the case of containing microcrystals. It is preferable for improvement.

このため、光学界面の急峻さが低下する結果、構造体表面におけるプローブ光の反射を防ぐことができる。すなわち、本実施形態の質量分析用基板は、イオン化に伴う検体試料の破壊を防ぐ役割を有する微細な構造を保持したままで、反射を防止することで、イオン化の効率を向上させることが可能である。本実施形態の質量分析用基板がメソ構造を有し、メソ構造のメソ孔内部が空隙である場合にはもうひとつの別の利点がある。それは、微細構造を形成したことにより膜の比表面積が増える、即ちメソ細孔の開口部が増えるために、レーザー照射によってイオン化された検体分子が、それらが保持されていたメソ細孔から、脱離し易くなるという効果である。本実施形態の質量分析用基板が、内部が空隙であるメソ孔を有する場合のメソポーラス酸化チタン膜の細孔径は、検出対象の物質のサイズに合わせて最適化するのが良い。典型的な細孔径は5ナノメートル以上であり、特に分子サイズの大きな生体関連分子の検出の場合には、10ナノメートル以上のものが好ましく使われる場合が多い。細孔径は、先述のように使用する界面活性剤の種類と溶液組成によって制御することが可能である。   For this reason, as a result of the steepness of the optical interface being lowered, reflection of the probe light on the surface of the structure can be prevented. That is, the substrate for mass spectrometry of this embodiment can improve the efficiency of ionization by preventing reflection while retaining a fine structure that has a role of preventing destruction of the specimen sample accompanying ionization. is there. There is another advantage when the substrate for mass spectrometry of this embodiment has a mesostructure and the inside of the mesopores of the mesostructure is a void. This is because the formation of the fine structure increases the specific surface area of the membrane, that is, the number of mesopore openings increases, so that the analyte molecules ionized by laser irradiation desorb from the mesopores on which they were retained. The effect is that it is easy to release. The pore diameter of the mesoporous titanium oxide film when the substrate for mass spectrometry of the present embodiment has mesopores with voids inside is preferably optimized according to the size of the substance to be detected. A typical pore diameter is 5 nanometers or more, and in the case of detecting a bio-related molecule having a large molecular size, a pore diameter of 10 nanometers or more is often used preferably. The pore diameter can be controlled by the type of surfactant used and the solution composition as described above.

<第七の実施形態>
本実施形態の位相板は、第一の実施形態または第二の実施形態に記載の構造体における、メソ孔がシリンダー状であり、かつ、メソ孔の配向方向が構造体の厚さ方向に垂直な面において一つの方向に制御されている構造体で構成される。この構造においては、メソ孔に平行な方向と垂直な方向では、見かけの密度が異なるために、上記2つの方向で屈折率の異なる、つまり複屈折性を有するメソ構造体薄膜を得ることができる。この場合、上記2つの方向での屈折率差は、細孔壁を形成する材料の屈折率が高い程大きく、また、細孔内が空洞である場合に大きい。これらの、配向性の中空メソ構造体薄膜は、複屈折性を有するため、その複屈折の値に応じて膜厚を変化させることで、所望の特性を有する位相板として機能する。
<Seventh embodiment>
The phase plate of the present embodiment has a mesopore in the structure described in the first embodiment or the second embodiment, and the orientation direction of the mesopore is perpendicular to the thickness direction of the structure. It is composed of a structure that is controlled in one direction on a flat surface. In this structure, since the apparent density differs between the direction parallel to the mesopores and the direction perpendicular to the mesopores, it is possible to obtain a mesostructured thin film having a different refractive index in the two directions, that is, having birefringence. . In this case, the difference in refractive index between the two directions is larger as the refractive index of the material forming the pore wall is higher, and is larger when the inside of the pore is a cavity. Since these oriented hollow mesostructured thin films have birefringence, they function as phase plates having desired characteristics by changing the film thickness in accordance with the birefringence value.

例えば、複屈折の値Δnが0.1であれば、膜厚を1μmとすることでレターデーションを100nmとすることができ、その膜は、波長400nmの光に対して1/4波長板として機能し、直線偏光を円偏光に変換することが可能となる。   For example, if the birefringence value Δn is 0.1, the retardation can be set to 100 nm by setting the film thickness to 1 μm, and the film can be used as a quarter wavelength plate for light having a wavelength of 400 nm. Functions and can convert linearly polarized light into circularly polarized light.

このような、複屈折性を有するメソ構造体薄膜の表面を、第一の実施形態または第二の実施形態に記載した形状の構造体とすることによって、膜表面での反射を抑制した、より特性の優れた位相板とすることが可能である。   By making the surface of the mesostructured thin film having such birefringence into a structure having the shape described in the first embodiment or the second embodiment, the reflection on the film surface is suppressed. A phase plate having excellent characteristics can be obtained.

次に、第一〜第三の実施形態に記載の構造体の製造方法の例について詳しく説明する。   Next, the example of the manufacturing method of the structure as described in 1st-3rd embodiment is demonstrated in detail.

第三の実施形態に記載の構造体は、例えば、反応ガスを用いて、マスクを用いずに無機酸化物をプラズマエッチングして、前記無機酸化物に先端間の平均間隔が400nm以下でありかつ底部から先端に向う方向に垂直な面で切断した時の断面の面積が前記方向に沿って小さくなる形状を有する複数の凸部を形成する工程を有する構造体の製造方法により形成することができる。このような工程を有する構造体の製造方法の場合、プラズマエッチングによって無機酸化物に、先端間の平均間隔が400nm以下でありかつ底部から先端に向う方向に垂直な面で切断した時の断面の面積が前記方向に沿って小さくなる形状を有する複数の凸部が形成され、第三の実施形態に記載の構造体を得ることもできる。   In the structure according to the third embodiment, for example, a reactive gas is used to plasma-etch an inorganic oxide without using a mask, and the average distance between the tips of the inorganic oxide is 400 nm or less and It can be formed by a method of manufacturing a structure having a step of forming a plurality of convex portions having a shape in which a cross-sectional area when cut by a plane perpendicular to the direction from the bottom to the tip is reduced along the direction. . In the case of the manufacturing method of the structure having such a process, the cross section of the inorganic oxide is cut by plasma etching on a plane perpendicular to the direction from the bottom to the tip, and the average distance between the tips is 400 nm or less. A plurality of convex portions having a shape whose area decreases along the direction can be formed, and the structure described in the third embodiment can also be obtained.

プラズマエッチングに用いられるガス種は、プラズマによりイオン化して前記無機酸化物と化学反応し、揮発性の化合物を形成することで、エッチングを進行させる。プラズマエッチングの為のプラズマ生成手法としては、容量結合、誘導結合(ICP)、電子サイクロトロン共鳴(ECR)、磁気中性線放電(NLD)などの公知の方法によるものを使用することができるが、比較的簡単な装置構成にて、10Pa以下の低いガス圧力で高密度(1012個・cm‐3)なプラズマが得られるICP法が好ましく用いられる。無機酸化物のプラズマエッチングに用いるガスは、フッ素を含有しているものが好ましく、例示するとSFなどの硫化物、CxFyにより表されるフルオロカオーボン系のガスが用いられる。 Gas species used for plasma etching are ionized by plasma and chemically reacted with the inorganic oxide to form a volatile compound, thereby causing etching to proceed. As a plasma generation method for plasma etching, known methods such as capacitive coupling, inductive coupling (ICP), electron cyclotron resonance (ECR), and magnetic neutral line discharge (NLD) can be used. An ICP method that can obtain a high-density (10 12 atoms · cm −3 ) plasma at a gas pressure of 10 Pa or less with a relatively simple apparatus configuration is preferably used. The gas used for plasma etching of the inorganic oxide is preferably one containing fluorine. For example, a sulfide such as SF 6 or a fluorocabon-based gas represented by CxFy is used.

上記プラズマエッチングの条件を適切に制御することで、無機酸化物の表面に複数の凸部を形成することができる。ここで記載する凸部は、底部16から先端17に向う方向18に垂直な面19で切断した断面の面積が方向18に沿って小さくなる形状であり、前述したように、凸部が錐体部である場合には、錐体形状もしくは錐体の先端が一部欠落した形状(錐体の錐面を延長した時に形成される仮想の錐体の高さを1とした時に、仮想の錐体の先端から欠落した部分のうち最も仮想の先端から遠い箇所までの距離が1/7以下となる形状)である。   A plurality of convex portions can be formed on the surface of the inorganic oxide by appropriately controlling the plasma etching conditions. The convex portion described here has a shape in which the area of a cross section cut by a plane 19 perpendicular to the direction 18 from the bottom portion 16 toward the tip end 17 becomes smaller along the direction 18, and as described above, the convex portion is a cone. If the height of the virtual cone formed when the cone surface of the cone is extended is 1, the virtual cone Of the portion missing from the tip of the body is a shape in which the distance from the virtual tip to the farthest point is 1/7 or less.

また、ここで記載するエッチングの条件とは、ガスの圧力、プラズマ形成のために印加する高周波電界のパワー、エッチングする対象を置く陰極に印加する高周波電界のパワー、エッチング時間、基板温度等を指す。典型的には、ガスの圧力は0.05Pa〜20Pa程度、プラズマ形成のために印加する高周波電界のパワーは100〜500W、エッチングする対象を置く陰極に印加する高周波電界のパワー密度は0.1〜2.5W・cm‐3、エッチング時間は10秒〜5時間、基板温度は室温〜200℃である。 The etching conditions described here refer to gas pressure, power of a high-frequency electric field applied for plasma formation, power of a high-frequency electric field applied to a cathode where an object to be etched is placed, etching time, substrate temperature, and the like. . Typically, the pressure of the gas is about 0.05 Pa to 20 Pa, the power of the high frequency electric field applied for plasma formation is 100 to 500 W, and the power density of the high frequency electric field applied to the cathode on which the etching target is placed is 0.1. ˜2.5 W · cm −3 , etching time is 10 seconds to 5 hours, and substrate temperature is room temperature to 200 ° C.

第三の実施形態に記載の構造体は、例えば、上記プラズマエッチング工程において、反応性ガス成分の少なくとも一部(一部若しくは全部)を、無機酸化物に含有させながらエッチングするものである。このことにより、無機酸化物と反応性ガスに含まれる成分とが結合し、結合した部分とその他の部分とのエッチング耐性の差によって、無機酸化物に複数の凸部を有する微細構造体を形成することができる。例えば無機酸化物がSiOである場合には、SiOxFyが局所的に形成され、この部分と、エッチングガスと反応していないSiOとのエッチング耐性の差により、SiOに複数の凸部を有する微細構造が形成される。 For example, in the plasma etching step, the structure described in the third embodiment is etched while at least a part (part or all) of the reactive gas component is contained in the inorganic oxide. As a result, the inorganic oxide and the components contained in the reactive gas are combined, and a microstructure having a plurality of protrusions is formed on the inorganic oxide due to the difference in etching resistance between the combined portion and other portions. can do. For example, when the inorganic oxide is SiO 2 , SiOxFy is locally formed, and due to the difference in etching resistance between this portion and SiO 2 that has not reacted with the etching gas, a plurality of convex portions are formed on SiO 2. A fine structure is formed.

反応性ガスは、フッ素を含有しているものが好ましく、例示するとSFなどの硫化物、CxFyにより表されるフルオロカオーボン系のガスが用いられる。 The reactive gas preferably contains fluorine. For example, a sulfide such as SF 6 or a fluorocaobon-based gas represented by CxFy is used.

上記エッチング条件は、凸部を形成する無機酸化物材料の材質に合わせて最適化する必要があるが、種々の条件を最適化し、エッチングレートが10nm/min以下になるようにした場合に、第三の実施形態に記載の構造体が好ましく形成される。   The etching conditions need to be optimized in accordance with the material of the inorganic oxide material forming the convex portions. However, when various conditions are optimized and the etching rate is 10 nm / min or less, The structure described in the third embodiment is preferably formed.

プラズマエッチングに供される無機酸化物は、バンドギャップ2.5eV以上かつ10eV以下の範囲となる物質が好ましく、中でも酸化ケイ素、酸化ジルコニウム又は酸化チタンのいずれかが最も好ましい。   The inorganic oxide subjected to plasma etching is preferably a substance having a band gap in the range of 2.5 eV or more and 10 eV or less, and most preferably silicon oxide, zirconium oxide or titanium oxide.

次に、第一の実施形態に記載の構造体を製造する方法の一例を説明する。
第一の実施形態に記載の構造体は、例えば、メソ孔を有するメソ構造体を形成する工程と、前記メソ構造体にプラズマエッチングを行い、前記メソ構造体に凸部であって底部から先端に向かう方向に垂直な面で前記凸部を切断した時の断面の面積が、前記方向に沿って小さくなる形状を有する凸部を複数形成する工程と、を有することを特徴とする構造体の製造方法などにより作製することができる。
Next, an example of a method for manufacturing the structure described in the first embodiment will be described.
The structure described in the first embodiment includes, for example, a step of forming a mesostructure having mesopores, plasma etching is performed on the mesostructure, and the mesostructure is a convex portion from the bottom to the tip Forming a plurality of convex portions having a shape in which the area of the cross section when the convex portions are cut in a plane perpendicular to the direction toward the direction becomes smaller along the direction. It can be manufactured by a manufacturing method or the like.

図1(c)を用いて説明すると、メソ孔13を有するメソ構造体15を形成する工程と、形成されたメソ構造体をプラズマエッチングする工程により、メソ構造体表面に複数の凸部12を形成することによって、第一の実施形態に記載の構造体11が製造される。   Referring to FIG. 1 (c), a plurality of convex portions 12 are formed on the mesostructure surface by a step of forming a mesostructure 15 having mesopores 13 and a step of plasma etching the formed mesostructure. By forming, the structure 11 described in the first embodiment is manufactured.

ここで、上記メソ構造体を形成する工程について詳しく述べる。メソ構造とは、前述した通り、メソ孔内部が空隙(中空)である、または、有機材料もしくは無機材料が存在するメソ孔が、細孔壁を形成する材料のマトリクス中に配されている構造を指す。   Here, the process of forming the mesostructure will be described in detail. As described above, the mesostructure is a structure in which mesopores are voids (hollow), or mesopores in which an organic material or an inorganic material exists are arranged in a matrix of a material that forms pore walls. Point to.

したがって、ここで記載するメソ孔を有するメソ構造体を形成する工程は、内部が空隙であるメソ孔を有するメソ構造体を形成する工程であっても良く、内部に有機材料もしくは無機材料が存在するメソ孔を有するメソ構造体を形成する工程であっても良い。メソ孔を有するメソ構造体を形成する工程が、内部に有機材料もしくは無機材料を有するメソ孔を形成する工程である場合には、メソ孔が形成される段階で内部に有機材料もしくは無機材料が存在していても良いし、内部が空隙であるメソ孔を有するメソ構造体を形成する段階と、内部が空隙であるメソ孔に有機材料もしくは無機材料を充填する段階とを有する工程であっても良い。   Therefore, the step of forming a mesostructure having mesopores described herein may be a step of forming a mesostructure having mesopores having voids inside, and an organic material or an inorganic material exists inside. It may be a step of forming a mesostructure having mesopores. When the step of forming the mesostructure having mesopores is a step of forming mesopores having an organic material or an inorganic material inside, the organic material or inorganic material is inside the mesopores at the stage of formation. A step of forming a mesostructure having mesopores having voids inside, and a step of filling an organic material or an inorganic material into mesopores having voids inside. Also good.

また、メソ孔を有するメソ構造体を形成する工程が、内部が空隙であるメソ孔を有するメソ構造体を形成する工程であり、メソ構造体に複数の凸部を形成する工程の後に、複数の凸部を有するメソ構造体の前記メソ孔に有機材料もしくは無機材料を充填する工程を有していても良い。   Further, the step of forming the mesostructure having mesopores is a step of forming a mesostructure having mesopores whose inside is a void, and a plurality of protrusions are formed after the step of forming the plurality of protrusions on the mesostructure. There may be a step of filling the mesopores of the mesostructured body having a convex portion with an organic material or an inorganic material.

なお、本発明および本明細書において、「AにBもしくはCが存在する」と記載する場合には、AにBおよびCのいずれもが存在する場合も当然のことながら含まれる。また、AにBおよびCの複合体が存在する場合も含まれることは言うまでもない。   In the present invention and the present specification, when “B or C is present in A” is described, it is understood that both B and C are present in A. Needless to say, A includes a complex of B and C.

メソ孔を有するメソ構造体を形成する工程は、特に制限されるものではないが、例えば、両親媒性物質と、無機酸化物の前駆体を含む前駆体溶液から、ゾル−ゲル法のような方法で作製することができる。この場合、前記両親媒性物質の分子集合体が無機材料のマトリクス中に配されているメソ構造体が、自発的に形成される。つまり、分子集合体がメソ孔を形成する鋳型として機能する。この鋳型の両親媒性物質を、焼成や溶剤による抽出、オゾンによる酸化、紫外線照射等のプロセスによって除去することで中空の構造(メソ孔の内部が空隙である構造)とすることができ、中空になったメソ孔に両親媒性物質とは異なる材料を導入することも可能である。メソ孔に有機材料もしくは無機材料を導入する方法として、特に好ましく用いられる方法は、化学気相成膜法、レイヤーバイレイヤー成膜法、ゾル−ゲル法である。   The step of forming a mesostructure having mesopores is not particularly limited. For example, from a precursor solution containing an amphiphile and an inorganic oxide precursor, a sol-gel method or the like is used. Can be produced by a method. In this case, a mesostructure in which the molecular assembly of the amphiphile is arranged in a matrix of an inorganic material is spontaneously formed. That is, the molecular assembly functions as a template for forming mesopores. By removing the amphiphilic substance in the template by a process such as baking, extraction with a solvent, oxidation with ozone, ultraviolet irradiation, etc., a hollow structure (structure in which mesopores are voids) can be formed. It is also possible to introduce a material different from the amphiphile into the mesopores. As a method for introducing an organic material or an inorganic material into the mesopores, a particularly preferable method is a chemical vapor deposition method, a layer-by-layer deposition method, or a sol-gel method.

メソ構造体を形成する際に用いる材料は、第一の実施形態に記載した通り、可視域において透明であることが好ましく、そのために、前記メソ構造体を形成する材料は、バンドギャップ2.5eV以上かつ10eV以下の範囲となる物質であることが好ましい。なお、バンドギャップ2.5eV以上かつ10eV以下の範囲の物質に、バンドギャップ5.0eV以上かつ10eV以下の範囲となる物質が含まれることは言うまでもない。酸化ケイ素、酸化ジルコニウム又は酸化チタンのいずれかであることが特に好ましい。   As described in the first embodiment, the material used for forming the mesostructure is preferably transparent in the visible range. For this reason, the material forming the mesostructure has a band gap of 2.5 eV. The substance is preferably in the range of 10 eV or less. Needless to say, substances having a band gap in the range of 2.5 eV to 10 eV include substances having a band gap in the range of 5.0 eV to 10 eV. Particularly preferred is any one of silicon oxide, zirconium oxide and titanium oxide.

メソ構造体の作製に用いられる両親媒性物質は、特に限定されるものではないが、界面活性剤であることが好ましい。界面活性剤分子の例としては、イオン性、非イオン性の界面活性剤を挙げることができる。このイオン性界面活性剤の例としては、トリメチルアルキルアンモニウムイオンのハロゲン化物塩を挙げることができる。トリメチルアルキルアンモニウムイオンのハロゲン化物塩のアルキル鎖の鎖長は好ましくは炭素数10〜22である。非イオン性の界面活性剤は、ポリエチレングリコールを親水基として含むものを用いることができる。ポリエチレングリコールを親水基として含む界面活性剤としては、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール‐ポリプロピレングリコール‐ポリエチレングリコールのブロックコポリマーを用いることができる。この疎水成分、親水成分の大きさを変化させること等により構造周期を変化させることが可能である。一般的に疎水成分、親水成分を大きなものとすることにより孔径を拡大することが可能である。なお、ポリチレングリコールアルキルエーテルの好ましいアルキル鎖長は炭素数10〜22であり、PEGの好ましい繰り返し数は炭素数で2〜50である。また、界面活性剤に加えて、構造周期を調整するための添加物を加えてもよい。この構造周期を調整するための添加物としては、疎水性物質を用いることができる。この疎水性物質としては、アルカン類、親水性基を含まない芳香族化合物を用いることができ、具体的にはオクタン等を用いることができる。   The amphiphilic substance used for producing the mesostructure is not particularly limited, but is preferably a surfactant. Examples of the surfactant molecule include ionic and nonionic surfactants. Examples of the ionic surfactant include a halide salt of trimethylalkylammonium ion. The chain length of the alkyl chain of the halide salt of trimethylalkylammonium ion is preferably 10 to 22 carbon atoms. As the nonionic surfactant, one containing polyethylene glycol as a hydrophilic group can be used. As the surfactant containing polyethylene glycol as a hydrophilic group, polyethylene glycol alkyl ether and polyethylene glycol-polypropylene glycol-polyethylene glycol block copolymers can be used. It is possible to change the structural period by changing the size of the hydrophobic component and the hydrophilic component. In general, it is possible to enlarge the pore diameter by increasing the hydrophobic component and the hydrophilic component. In addition, the preferable alkyl chain length of polyethylene glycol alkyl ether is C10-22, and the preferable repeating number of PEG is C2-50. In addition to the surfactant, an additive for adjusting the structural period may be added. As an additive for adjusting the structure period, a hydrophobic substance can be used. As this hydrophobic substance, alkanes and aromatic compounds not containing a hydrophilic group can be used, and specifically, octane or the like can be used.

無機酸化物の前駆体としては、ケイ素や金属元素のアルコキサイド、ハロゲン化物を用いることができる。アルコキサイドとしては、メトキサイド、エトキサイド、プロポキサイド、または、その一部がアルキル基に置換されたものを用いることができる。ハロゲンとしては、塩素が最も一般的に用いられる。   As the precursor of the inorganic oxide, silicon or metal element alkoxide or halide can be used. As the alkoxide, methoxide, ethoxide, propoxide, or one in which a part thereof is substituted with an alkyl group can be used. As the halogen, chlorine is most commonly used.

第一の実施形態に記載の構造体が有するメソ構造は、例えば、上述の前駆体溶液を塗布、またはキャストすることによって作製することができる。塗布の工程としては、ディップコート法、スピンコート法、ミストコート法等が一般的である。また、塗布工程とは異なる水熱合成法によって、本発明のメソ構造体を作製することも可能であり、この場合、前駆体溶液中に基板を保持し、不均一核発生−核成長によってメソ構造体が形成される。また、気相化学成長法によって成膜することも可能である。   The mesostructure possessed by the structure described in the first embodiment can be produced, for example, by applying or casting the precursor solution described above. As the coating process, dip coating, spin coating, mist coating, etc. are common. It is also possible to produce the mesostructure of the present invention by a hydrothermal synthesis method different from the coating process. In this case, the substrate is held in the precursor solution, and the mesostructure is generated by heterogeneous nucleation-nucleus growth. A structure is formed. It is also possible to form a film by a chemical vapor deposition method.

さらに、第一の実施形態に記載の構造体が有するメソ構造は、構造が異なる複数のメソ構造であっても良い。このような場合、メソ孔を有するメソ構造体を形成する工程において、使用する界面活性剤種や界面活性剤濃度を変化させた前駆体溶液を、複数層塗布する等のプロセスを用いることで、構造の異なるメソ構造を有する構造体を形成することができる。   Furthermore, the mesostructure of the structure described in the first embodiment may be a plurality of mesostructures having different structures. In such a case, in the step of forming a mesostructure having mesopores, by using a process such as applying a plurality of layers of a precursor solution in which the surfactant species to be used and the surfactant concentration are changed, Structures having mesostructures with different structures can be formed.

メソ構造体にプラズマエッチングを行い、前記メソ構造体に複数の凸部を形成する工程は、マスクを用いずに行うことが好ましい。ここで記載するマスクとは、メソ構造体をエッチングする工程において、部分的にエッチングのなされない領域を形成するために、エッチング工程において、凸部を形成する対象であるメソ構造体の膜とプラズマの間に設置され、部分的にメソ構造体のプラズマへの暴露を防ぐ働きをするもので、メソ構造体上にフォトリソグラフィーやナノインプリント等の方法によって形成するレジストパターンや、孔のあいた遮蔽板等を含む。   The step of performing plasma etching on the mesostructure and forming a plurality of convex portions on the mesostructure is preferably performed without using a mask. The mask described here refers to a mesostructured film and a plasma, which are targets for forming protrusions in the etching process in order to form a region that is not partially etched in the process of etching the mesostructured body. It is installed between the two and serves to partially prevent the mesostructure from being exposed to plasma. Resist patterns formed by methods such as photolithography and nanoimprint on the mesostructure, shield plates with holes, etc. including.

したがって、ここで記載するマスクは、これらのうち、意図的に形成、または設置をするもので、後述するような、プラズマエッチングの工程において、メソ構造体上に自発的に形成するコンタミネーションのようなものは、マスクの定義には含まれないものとする。   Therefore, the mask described here is intentionally formed or installed, and is like contamination that is spontaneously formed on the mesostructure in the plasma etching process as described later. Are not included in the definition of a mask.

前述のプラズマエッチングは、前記メソ構造体を形成する材料と反応する反応性ガスを用いて、メソ構造体に反応性ガスの成分を含有させながらエッチングするエッチング方法であることが好ましい。無機酸化物材料をエッチングして形成される、前述の構造体の製造の場合と同様、このことにより、前記反応性ガスの少なくとも一部を前記無機酸化物に含有させて前記無機酸化物と前記反応性ガスに含まれる成分との結合部分を形成し、前記結合部分とその他の部分とのエッチング耐性の差を利用して複数の凸部を有する微細構造体を形成することができる。反応性ガスとしては、フッ素を含むガスであることが好ましい。例えばメソ孔を有している材料がSiOである場合には、SiOxFyが局所的に形成され、この部分と、エッチングガスと反応していないSiOとのエッチング耐性の差により、SiOに微細構造である複数の凸部が形成される。このことは、例えば、本発明におけるプラズマエッチング工程の時間に伴う、メソ構造体表面の組成分析により確認される。 The above-described plasma etching is preferably an etching method in which a reactive gas that reacts with the material forming the mesostructure is used, and the mesostructure is etched while containing a component of the reactive gas. As in the case of manufacturing the structure described above, formed by etching an inorganic oxide material, this allows at least a part of the reactive gas to be contained in the inorganic oxide and the inorganic oxide and the A fine structure having a plurality of convex portions can be formed by forming a bond portion with a component contained in the reactive gas and utilizing a difference in etching resistance between the bond portion and the other portion. The reactive gas is preferably a gas containing fluorine. For example, when the material has mesopores is SiO 2 is, SiOxFy is locally formed, and this portion, the difference in etching resistance between the SiO 2 which has not reacted with the etching gas, a SiO 2 A plurality of convex portions having a fine structure are formed. This is confirmed, for example, by composition analysis of the surface of the mesostructure body with the time of the plasma etching process in the present invention.

図9は、フッ素を成分として含むエッチングガスを用いて、シリカメソ構造体のエッチングを行い、本発明の凸部を有する構造体を作製した場合の、プラズマエッチング時間に伴う膜表面において検出されるフッ素の量の変化を、エックス線光電子分光法によって分析した結果を表わすグラフである。この図より、エッチング時間に伴い、すなわち微細構造である複数の凸部を有する多孔質膜の膜厚(図9(b)中のtに相当)が減少するとともに、フッ素の量が徐々に増加していくことが確認される。エックス線光電子分光法の深さ方向分析を行うことにより、フッ素原子が膜表面のみならず、膜の内部にも存在していることが確認され、特に多孔質体場合には、基体との界面近傍においてもフッ素原子の含有が確認できる。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置から、フッ素原子は多孔質体の主成分となる原子と結合して存在している事が確かめられる。   FIG. 9 shows fluorine detected on the film surface with the plasma etching time when the silica mesostructure is etched using an etching gas containing fluorine as a component to produce a structure having a convex portion of the present invention. It is a graph showing the result of having analyzed the change of the quantity of x-ray photoelectron spectroscopy. From this figure, with the etching time, that is, the film thickness (corresponding to t in FIG. 9B) of the porous film having a plurality of convex portions having a fine structure decreases, and the amount of fluorine gradually increases. It is confirmed that X-ray photoelectron spectroscopy analysis in the depth direction confirms that fluorine atoms are present not only on the film surface but also inside the film, especially in the case of porous materials, near the interface with the substrate. The content of fluorine atoms can also be confirmed. In addition, from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy analysis, it is confirmed that fluorine atoms are present in combination with atoms that are the main components of the porous body.

前述のメソ構造体をプラズマエッチングする工程の前には、前記メソ構造体の表面を有機材料で修飾する工程を有することが好ましい。メソ構造体の表面を有機材料で修飾する工程を有することにより、凸部のアスペクト比(H/D)を変化させることができ、多くの場合アスペクト比を増大させることができる。上記表面を有機材料で修飾する工程は、具体的には、有機物により表面を被覆する工程や、有機物で表面の少なくとも一部を終端化する工程などを意味するが、本発明において好ましく用いられるのは表面の一部を有機化合物で終端化させる工程である。ここで、終端化とは有機系官能基が共有結合を介して表面に固定する事であり、赤外線吸収スペクトルや光電子分光法による結合状態の分析により確認する事ができる。表面の一部を有機化合物で終端化させる工程は、凸部を有する微細構造体の表面がOH基、COOH基、等の極性が強く界面エネルギーを大きくする傾向のある官能基を有している場合に特に有効であり、極性を弱める効果がある有機系官能基を有する有機物で表面を修飾し界面エネルギー低下させる目的で行うものである。そのような有機系官能基としては、C、H原子からなるアルキル基や、C、F原子からなるフルオロカーボン類を挙げる事ができる。この理由から、前記有機材料としては特にアルキル基を有するものであることが好ましい。このような有機化合物としては、上記官能基を有し、かつメソ構造体の表面と反応して結合を形成する活性基を有している物質が好ましく、たとえばアルコキシドやハロゲン化物などを用いる事ができる。修飾に用いる有機化合物のサイズは、メソ構造体中に効率よく前記有機化合物分子を供給する目的から、メソ構造体の構造やメソ孔の径などを鑑みて決定する。具体的には、修飾に用いる有機化合物は、SiX4-yの構造で示される化合物であることが好ましく、メソ構造体の表面を有機化合物で修飾する工程は、下記一般式(1)で示される化合物を含む雰囲気に曝す工程、もしくは、上記化合物を含む液体を塗布する工程であることが好ましい。
SiX4-y 一般式(1)
(ただし、式(1)において、Xはハロゲン、若しくはアルコキシ基を示す。Rはアルキル基を示し、yは1〜3のうちのいずれかの整数である。)
Prior to the step of plasma etching the mesostructure, it is preferable to have a step of modifying the surface of the mesostructure with an organic material. By having the step of modifying the surface of the mesostructure with an organic material, the aspect ratio (H / D) of the convex portion can be changed, and in many cases, the aspect ratio can be increased. Specifically, the step of modifying the surface with an organic material means a step of covering the surface with an organic material, a step of terminating at least a part of the surface with an organic material, etc., and is preferably used in the present invention. Is a step of terminating a part of the surface with an organic compound. Here, the term “termination” means that an organic functional group is fixed to the surface via a covalent bond, and can be confirmed by analysis of a binding state by an infrared absorption spectrum or photoelectron spectroscopy. In the step of terminating a part of the surface with an organic compound, the surface of the microstructure having a convex portion has a functional group that has a strong polarity, such as OH group and COOH group, and tends to increase the interfacial energy. This is particularly effective in the case where the surface is modified with an organic substance having an organic functional group that has the effect of weakening the polarity to reduce the interfacial energy. Examples of such organic functional groups include alkyl groups composed of C and H atoms, and fluorocarbons composed of C and F atoms. For this reason, the organic material preferably has an alkyl group. As such an organic compound, a substance having the above functional group and an active group which forms a bond by reacting with the surface of the mesostructure is preferable. For example, an alkoxide or a halide can be used. it can. The size of the organic compound used for modification is determined in view of the structure of the mesostructure, the diameter of the mesopores, and the like for the purpose of efficiently supplying the organic compound molecules into the mesostructure. Specifically, the organic compound used for modification is preferably a compound represented by the structure of SiX y R 4-y , and the step of modifying the surface of the mesostructure with an organic compound is represented by the following general formula (1). It is preferable to be a step of exposing to an atmosphere containing a compound represented by the above or a step of applying a liquid containing the above compound.
SiX y R 4-y General formula (1)
(In the formula (1), X represents a halogen or an alkoxy group, R represents an alkyl group, and y is an integer of 1 to 3.)

なお、yが2、または3の場合、前記Xは同種でも異種でも良い。また、yが1、または2の場合は複数のアルキル基を含むことになるが、それらは、同種でも異種でも良い。SiX4-yの構造で示される化合物としては、クロロトリメチルシランが特に好ましく用いられるが、本発明において、表面の少なくとも一部を有機化合物で終端化させる工程に用いる化合物は、これに限定されるわけではない。上記の修飾する有機化合物中の官能基を含む有機化合物の活性基と、メソ構造体表面を反応させる目的で、暴露中に加熱してもよい。加熱温度としては両者の組み合わせにより適宜最適化されるが、例えばメソ構造体の成分がシリカで、上記有機化合物がクロロトリメチルシランである場合には、室温から100℃以下の範囲が好ましい。有機化合物への暴露後、余剰な有機化合物を除去する目的で、終端化工程の後でメソ構造体をアルコールなどで洗浄する工程等を付与してもよい。 When y is 2 or 3, X may be the same or different. Further, when y is 1 or 2, it contains a plurality of alkyl groups, which may be the same or different. As the compound represented by the structure of SiX y R 4-y , chlorotrimethylsilane is particularly preferably used. However, in the present invention, the compound used in the step of terminating at least a part of the surface with an organic compound is limited to this. It is not done. For the purpose of reacting the active group of the organic compound containing the functional group in the organic compound to be modified with the surface of the mesostructure, heating may be performed during the exposure. The heating temperature is appropriately optimized depending on the combination of the two. For example, when the mesostructured component is silica and the organic compound is chlorotrimethylsilane, the temperature is preferably in the range of room temperature to 100 ° C. After the exposure to the organic compound, for the purpose of removing excess organic compound, a step of washing the mesostructure with alcohol or the like may be added after the termination step.

この様な有機化合物で表面を修飾することによって界面エネルギーが低下する結果、エッチング生成物が多孔質体膜上で凝集しやすくなり、部分的な加工速度差がより増加して、高いアスペクト比の凸部を有する微細構造体が得られるものと、本発明者らは推測している。   As a result of modifying the surface with such an organic compound, the interfacial energy is reduced, and as a result, the etching product tends to aggregate on the porous body film, the partial processing speed difference is further increased, and a high aspect ratio is obtained. The present inventors presume that a fine structure having convex portions can be obtained.

次に、第二の実施形態に記載の構造体を製造する方法の例について記載する。   Next, an example of a method for manufacturing the structure described in the second embodiment will be described.

第二の実施形態に記載の構造体の製造方法は、例えば、メソ孔を有するメソ構造体を形成する工程と、プラズマエッチング装置のエッチングチャンバーの一部を構成する材料を有する物質を堆積させながら前記メソ構造体をプラズマエッチングして表面に複数の凸部を有する構造体を形成する工程と、を有する構造体の製造方法により形成することができる。   The structure manufacturing method described in the second embodiment includes, for example, a step of forming a mesostructure having mesopores, and depositing a substance having a material constituting a part of an etching chamber of a plasma etching apparatus. Forming a structure having a plurality of protrusions on the surface thereof by plasma etching the mesostructure.

なお、ここで記載する複数の凸部は、第二の実施形態で記載した通り、凸部の底部から先端に向かう方向に垂直な面で前記凸部を切断した時の断面が、前記方向に沿って小さくなる形状を有している。   In addition, as described in the second embodiment, the plurality of convex portions described here have a cross-section when the convex portions are cut in a plane perpendicular to the direction from the bottom to the tip of the convex portion in the direction. It has a shape that becomes smaller along.

メソ孔を有するメソ構造体を形成する工程は、第一の実施形態に記載の構造体の製造方法例におけるメソ孔を有するメソ構造体を形成する工程と同じである。   The step of forming the mesostructure having mesopores is the same as the step of forming the mesostructure having mesopores in the structure manufacturing method example described in the first embodiment.

無機酸化物にプラズマエッチング装置のエッチングチャンバーの一部を構成する材料を有する物質を堆積させながらメソ構造体をプラズマエッチングして表面に複数の凸部を有する構造体を形成する工程は、エッチング工程において、プラズマ中で発生したイオンがエッチング装置内部の部材をスパッタする事により生じた物質をエッチング部材の表面に島状に堆積させるような条件でエッチングを行うことを意味する。プラズマエッチング時のプラズマ密度としては、ICP、ECR、NLDなどの公知の高密度プラズマ発生法により1011cm‐3以上のプラズマ密度とする事が望ましく、比較的簡単な装置構成にて、低いガス圧力で高密度(1012cm‐3)なプラズマが得られるICP法が好ましく用いられる。プラズマエッチングに用いるガスは、反応性ガスであることが好ましく、SFおよびCxFyにより表されるフッ素を含むガスであることがより好ましい。また、これらのガスを用いて0.05Pa〜1Paの範囲の低い圧力でプラズマを生成し、基板に印加されるバイアスRFパワー密度は0.12W/cm〜0.40W/cmの範囲とする事が望ましい。このような低圧力、低基板バイアス条件下では、発生させた高密度プラズマの電位と、エッチング室内に存在する部材の電位差が、基板とプラズマ間の電位差と大差なくなるために、エッチング室構成部材に入射するイオンの割合が増加する事に加え、低真空下では粒子の平均自由工程が長くなりエッチング室構成部材からスパッタリングにより叩き出された物質(コンタミネーション)が基板上に飛散するようになる。そして飛散したコンタミネーションが基板上に島状に堆積(堆積物にはコンタミネーションに加えエッチングガスの成分が含有される場合もある)し、部分的にエッチングを妨げる結果としてH/Dが2.0以上といったアスペクト比の高い微細構造が形成される。このプラズマエッチング装置内の部材を含むコンタミネーションは、前記メソ構造材料に比較して、前記プラズマエッチングによるエッチングレートが著しく小さい物質であることが望ましいため、金属元素を含む物質であることが好ましく、特にアルミニウムはフッ素系のガスにより蒸気圧の高い化合物が形成されないため(例えばAlF3のように不揮発性化合物が形成される)に、金属元素はアルミニウムであることが特に好ましい。 The step of forming a structure having a plurality of protrusions on the surface by plasma etching the mesostructure while depositing a substance having a material constituting a part of the etching chamber of the plasma etching apparatus on the inorganic oxide is an etching process. In this case, the etching is performed under such conditions that ions generated in the plasma sputter the member inside the etching apparatus and deposit a substance formed in an island shape on the surface of the etching member. The plasma density at the time of plasma etching is preferably a plasma density of 10 11 cm −3 or more by a known high-density plasma generation method such as ICP, ECR, NLD, etc., and a low gas with a relatively simple apparatus configuration. An ICP method that can obtain a high-density (10 12 cm −3 ) plasma under pressure is preferably used. The gas used for plasma etching is preferably a reactive gas, and more preferably a gas containing fluorine represented by SF 6 and CxFy. Moreover, plasma is generated at a low pressure in the range of 0.05 Pa to 1 Pa using these gases, and the bias RF power density applied to the substrate is in the range of 0.12 W / cm 2 to 0.40 W / cm 2 . It is desirable to do. Under such low pressure and low substrate bias conditions, the potential difference between the generated high-density plasma and the member existing in the etching chamber is not significantly different from the potential difference between the substrate and the plasma. In addition to an increase in the ratio of incident ions, the mean free path of particles becomes long under low vacuum, and a substance (contamination) struck out by sputtering from the etching chamber constituent member is scattered on the substrate. The scattered contamination accumulates in the form of islands on the substrate (the deposit may contain an etching gas component in addition to contamination), and as a result of partially hindering the etching, the H / D is 2. A fine structure having a high aspect ratio of 0 or more is formed. The contamination including the members in the plasma etching apparatus is preferably a substance containing a metal element because it is desirable that the etching rate by the plasma etching is significantly smaller than that of the mesostructured material. In particular, since aluminum does not form a compound having a high vapor pressure with a fluorine-based gas (for example, a nonvolatile compound is formed like AlF3), the metal element is particularly preferably aluminum.

また、プラズマエッチングする際には、反応性ガスを用い、マスクを用いずに行うことが好ましい。   In addition, it is preferable that the plasma etching is performed using a reactive gas and without using a mask.

この方法を、図10を用いて詳しく説明する。図10において、1001は基板、1002はメソ構造体である。この製造方法において第二の実施形態に記載の構造体を作製する場合には、メソ構造体上に、島状に、エッチングチャンバーを構成する部材を含むコンタミネーション1003が堆積するような条件を選択する。この様に形成されたコンタミネーションは、プラズマエッチングに対する耐性が高く、コンタミネーションの形成された部分は殆どエッチングされることなく、非形成部のメソ構造体が選択的にエッチングされる結果、アスペクト比の大きい、複数の、底部から先端に向かう方向で切断した時の断面の面積が減少する形状のピラー状凸部1004を有する構造体を得ることができる。プラズマエッチング条件の調整により、前記ピラー状凸部の高さHの平均値が300nm〜600nm、頭頂部間の平均間隔pが20nm〜400nm、の範囲で比較的形状の揃った微細構造体を得る事ができる。本工程で形成した各凸は図5(c)のような規則性に乏しいランダムな配置をとり、かつ各凸部の面内密度分布としては図7(a)のように比較的均一であり、反射防止構造として用いた場合に好ましい構成とする事ができる。前記ピラー状凸部の間隔距離の分布は、正規分布に近い形となり、プラズマエッチング条件の調整により、各柱状構造間の平均間隔pと各ピラー状凸部の間隔の分布における標準偏差σとの比σ/pが、0.1<σ/p<0.5の範囲で適宜形成する事ができる。   This method will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 10, reference numeral 1001 denotes a substrate, and 1002 denotes a mesostructure. When manufacturing the structure described in the second embodiment in this manufacturing method, conditions are selected such that the contamination 1003 including the members constituting the etching chamber is deposited on the mesostructure in an island shape. To do. The contamination formed in this way has a high resistance to plasma etching, and the mesostructure in the non-formed part is selectively etched without almost etching the part where the contamination is formed. A large structure having a plurality of pillar-shaped convex portions 1004 having a shape in which the area of the cross section when cut in the direction from the bottom to the tip is reduced can be obtained. By adjusting the plasma etching conditions, a microstructure having a relatively uniform shape is obtained in the range where the average value of the height H of the pillar-shaped convex portions is 300 nm to 600 nm and the average interval p between the tops is 20 nm to 400 nm. I can do things. Each protrusion formed in this step takes a random arrangement with poor regularity as shown in FIG. 5C, and the in-plane density distribution of each protrusion is relatively uniform as shown in FIG. 7A. When used as an antireflection structure, a preferable configuration can be obtained. The distribution of the distance between the pillar-shaped protrusions is close to a normal distribution. By adjusting the plasma etching conditions, the average distance p between the columnar structures and the standard deviation σ in the distribution of the distance between the pillar-shaped protrusions. The ratio σ / p can be appropriately formed within the range of 0.1 <σ / p <0.5.

第一〜第三のいずれかの実施形態に記載の構造体の凸部のアスペクト比を高めるためには、エッチングレートの遅い材料を利用することができる。これについて詳しく述べる。   In order to increase the aspect ratio of the convex portion of the structure described in any of the first to third embodiments, a material having a low etching rate can be used. This will be described in detail.

先ず、メソ孔を有するメソ構造体から構成される第1の層の表面に、該第1の層よりもエッチングレートの小さい材料から構成される第2の層を形成し、この第2の層に対してマスクを使用せずに第1のプラズマエッチングを施し、前記第2の層に複数の凸部からなる微細構造体を形成する。次に、この様にして作製した第2の層に形成された微細構造体を介して、第2のプラズマエッチングを施すことにより、第1の層に複数の凸部を形成する。ここにおいて、前記第2の層に形成される複数の凸部からなる微細構造体は、第1のプラズマエッチングにおいて、前記第2の層を構成している材料と反応性ガスに含まれる成分が局所的に結合し、結合した部分と結合していな部分とのエッチング耐性の差を利用して形成されるものである。また、第2のプラズマエッチング後に第1の層に形成される複数の凸部は、底部から先端に向かう方向に垂直な面で前記凸部を切断した時の断面の面積が、前記方向に沿って小さくなる形状を有する凸部である。   First, a second layer made of a material having an etching rate smaller than that of the first layer is formed on the surface of the first layer made of a mesostructure having mesopores. A first plasma etching is performed on the second layer without using a mask to form a microstructure having a plurality of convex portions on the second layer. Next, a plurality of convex portions are formed in the first layer by performing second plasma etching through the microstructure formed in the second layer thus manufactured. Here, the fine structure formed of a plurality of convex portions formed in the second layer has a component contained in the material constituting the second layer and a reactive gas in the first plasma etching. It is formed by utilizing the difference in etching resistance between the locally bonded portion and the unbonded portion. The plurality of protrusions formed in the first layer after the second plasma etching has a cross-sectional area along the direction when the protrusions are cut along a plane perpendicular to the direction from the bottom toward the tip. It is a convex part which has a shape which becomes small.

この方法を、図11を用いて詳しく説明する。図11において、1101は基体、1102はメソ構造体である。この製造方法において本発明の構造体を作製する場合には、先ずメソ構造体上に、該メソ構造体よりもエッチングレートの小さい材料の層1103を形成する。そして、このエッチングレートの小さい材料の層に対して、マスクを使用せずにプラズマエッチングを施し、表面に複数の凸部からなる微細構造体1104を形成する。次に、この様にして作製した微細構造体1104を介してメソ構造体層のプラズマエッチングを行い、メソ構造体層に複数の凸部1106を形成する。多くの場合、エッチングレートの小さい材料の層のプラズマエッチングの条件と、メソ構造体のプラズマエッチングの条件は異なり、それぞれ、ガス種、ガス圧、プラズマパワー等を最適化する。上記、メソ構造体よりもエッチングレートの小さい材料、というのは、メソ構造体のエッチングを行う条件におけるエッチングレートの違いを意味する。この方法によって、エッチングレートの小さい材料の層の表面に形成される複数の凸部からなる微細構造体1104は、該材料と反応性ガスに含まれる成分が局所的に結合し、結合した部分と結合していな部分とのエッチング耐性の差を利用して形成される。このエッチングレートの小さい材料の複数の凸部からなる微細構造体を介してプラズマエッチングを行う場合、エッチングレートの差により、表面に一部前記エッチングレートの小さい材料が残存した状態で、メソ構造体のエッチングが進行することになる。すると、表面に島状に残存するエッチングレートの小さい材料1105がプラズマエッチングを局所的に阻害するため、アスペクト比の高い、複数の凸部を有する本発明の構造体1106を得ることができる。   This method will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 11, reference numeral 1101 denotes a substrate, and 1102 denotes a mesostructure. In the case of manufacturing the structure of the present invention in this manufacturing method, first, a layer 1103 of a material having an etching rate smaller than that of the mesostructure is formed on the mesostructure. Then, plasma etching is performed on the layer of the material having a low etching rate without using a mask to form a microstructure 1104 including a plurality of convex portions on the surface. Next, plasma etching of the mesostructure layer is performed through the microstructure 1104 thus manufactured, and a plurality of convex portions 1106 are formed in the mesostructure layer. In many cases, the plasma etching conditions for the material layer having a low etching rate are different from the plasma etching conditions for the mesostructure, and the gas type, gas pressure, plasma power, etc. are optimized. The above-described material having an etching rate smaller than that of the mesostructure means a difference in etching rate under conditions for etching the mesostructure. By this method, the microstructure 1104 composed of a plurality of convex portions formed on the surface of the material layer having a low etching rate has a structure in which the material and components contained in the reactive gas are locally bonded to each other. It is formed using the difference in etching resistance with the unbonded portion. When plasma etching is performed through a fine structure composed of a plurality of convex portions made of a material having a low etching rate, the mesostructure is formed with a portion of the material having a low etching rate remaining on the surface due to the difference in the etching rate. Etching progresses. Then, since the material 1105 having a small etching rate that remains in an island shape on the surface locally inhibits the plasma etching, the structure body 1106 of the present invention having a plurality of convex portions with a high aspect ratio can be obtained.

上記製造方法において、メソ構造体から形成される第1の層を形成する材料は、可視光領域において透明であることが好ましいことから、バンドギャップ2.5eV以上かつ10eV以下の範囲の物質が好ましく用いられる、特に酸化ケイ素、酸化ジルコニウム又は酸化チタンのいずれかがとくに好ましく用いられる。また、上記、メソ構造体よりもエッチングレートの小さい材料すなわち第2の層を構成する材料としては、無機酸化物が好ましく用いられる。   In the above manufacturing method, since the material forming the first layer formed from the mesostructure is preferably transparent in the visible light region, a substance having a band gap of 2.5 eV or more and 10 eV or less is preferable. Any of silicon oxide, zirconium oxide or titanium oxide used is particularly preferably used. In addition, an inorganic oxide is preferably used as the material having an etching rate lower than that of the mesostructure, that is, the material constituting the second layer.

以上記述した、構造体の製造方法においても、第1および第2のプラズマエッチングに使用される反応性ガスはフッ素を含むガスであることが好ましく用いられる。   In the structure manufacturing method described above, the reactive gas used for the first and second plasma etchings is preferably a gas containing fluorine.

また、このような構造体の製造方法により構造体を製造する工程と、製造された構造体を型として別の基体に前記構造体の形状を転写する工程と、を有する構造体の製造方法により、第一の実施形態に記載の構造体および第2の実施形態の構造体を製造することも可能である。   Further, by a method for manufacturing a structure having the steps of manufacturing the structure by such a method for manufacturing the structure, and transferring the shape of the structure to another substrate using the manufactured structure as a mold It is also possible to manufacture the structure according to the first embodiment and the structure according to the second embodiment.

この製造方法を図12を用いて説明する。基体1201上に、複数の凸部を有する構造体を形成する材料の層1202を形成し、プラズマエッチングを加工手段とし、以上説明したいずれかの方法によって、第一〜第三のいずれかの実施形態の複数の凸部を有する構造体1203を形成する。次に、この構造体1203を完全に埋めるように材料1204を形成し、続いてもう一方の基体1205を密着させる。材料1204の材質、及び形成方法は、第一〜第三のいずれかの実施形態に記載の構造体の形状が正確に転写できる限りにおいて、特に限定はない。例示すると、流動性を有する樹脂のキャスト、流動性を有する無機材料前駆体のキャスト、真空成膜法、化学気相成膜法、レイヤーバイレイヤー成膜法等が好ましく用いられる。最後に、最初に作製した複数の凸部を有する構造体1203を除去すると、最後に形成した基体1205上に、最初に作製した構造体をポジとした場合のネガに相当する構造体が転写された、微細構造体が形成される。第一〜第三のいずれかの実施形態に記載の構造体を転写して、その相補的構造を有する構造体の製造方法は、上記説明と完全に一致しない、例えば追加工程が含まれる場合でも、本発明に包含されることは言うまでもない。追加工程とは、例えば、材料1204が1203除去後もその微細な構造を保持するために、複数の凸部を有する構造体1203を除去する前に、1203の型を取る工程において流動性を有していた材料1204を固める工程である。   This manufacturing method will be described with reference to FIG. A layer 1202 of a material for forming a structure having a plurality of convex portions is formed on the base 1201, and plasma etching is used as a processing means, and any one of the first to third implementations is performed by any of the methods described above. A structure 1203 having a plurality of convex portions is formed. Next, a material 1204 is formed so as to completely fill the structure body 1203, and then the other base body 1205 is closely attached. The material and the forming method of the material 1204 are not particularly limited as long as the shape of the structure described in any of the first to third embodiments can be accurately transferred. For example, a cast resin having fluidity, an inorganic material precursor cast having fluidity, a vacuum film formation method, a chemical vapor deposition method, and a layer-by-layer film formation method are preferably used. Finally, when the structure 1203 having a plurality of protrusions that is first manufactured is removed, a structure corresponding to a negative when the structure manufactured first is positive is transferred onto the substrate 1205 that is formed last. In addition, a fine structure is formed. The structure described in any one of the first to third embodiments is transcribed to produce a structure having a complementary structure that does not completely match the above description, for example, even when an additional step is included. Needless to say, it is included in the present invention. For example, in order to retain the fine structure of the material 1204 even after 1203 is removed, the additional process has fluidity in the process of taking a mold 1203 before removing the structure 1203 having a plurality of protrusions. This is a step of hardening the material 1204 that has been formed.

上述したように、本製造方法によって作製された構造体は、プラズマエッチングによって形成された構造体をポジとした場合のネガに相当するものである。このネガに相当する構造は、プラズマエッチングで形成された構造体と相補的な構造を有するものであるが、このネガの構造を型に用いて、もう一度転写工程を行うと、最初の構造体と同一の、ポジの構造を有する構造体を得ることができる。このような構造体に製造方法は、すなわち、プラズマエッチングを用いて作製された、複数の凸部を有する構造体を型として、別の基体に前記構造体の形状を転写する工程と、該別の基体に転写して作製した構造体を型としてさらに他部材(基体)に転写する工程を有する構造体の製造方法である。   As described above, the structure manufactured by this manufacturing method corresponds to a negative when a structure formed by plasma etching is positive. The structure corresponding to this negative has a structure complementary to the structure formed by plasma etching, but when this negative structure is used as a mold and the transfer process is performed again, the structure of the first A structure having the same positive structure can be obtained. A manufacturing method for such a structure includes a step of transferring a shape of the structure to another base using a structure having a plurality of convex portions, which is manufactured using plasma etching, as a mold, This is a method for manufacturing a structure, which has a step of transferring the structure produced by transferring to the other substrate as a mold to another member (substrate).

また、基体の表面に、以上説明した、第一〜第三の実施形態に記載の構造体の製造方法例に記載の方法により構造体を形成することで、基体と反射防止膜とを有する光学部材を製造することができる。   Further, an optical element having a base and an antireflection film is formed on the surface of the base by forming the structure by the method described in the method for manufacturing the structure described in the first to third embodiments. A member can be manufactured.

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

(実施例1)
実施例1では、石英ガラス基板上に成膜したシリカメソ構造体膜に微細構造体を形成し、反射防止構造を設けた光学部材とした例について記載する。本実施例の構造体は、図1において、基板14が石英、シリカメソ構造体が11及び15、シリカメソ構造体で形成された凸部が12の場合である。
Example 1
Example 1 describes an example in which a fine structure is formed on a silica mesostructure film formed on a quartz glass substrate to provide an optical member provided with an antireflection structure. In FIG. 1, the structure of this example is a case where the substrate 14 is quartz, the silica mesostructures 11 and 15, and the convex portions formed of the silica mesostructures are 12.

先ず、本実施例の光学部材の製造方法を図1に沿って順を追って説明する。   First, the manufacturing method of the optical member of a present Example is demonstrated later on along FIG.

(1−1)基板準備
基板14として、石英ガラス基板を準備した。
(1-1) Substrate Preparation A quartz glass substrate was prepared as the substrate 14.

(1−2)シリカメソ構造体膜形成
(1−2−1)シリカメソ構造体膜の前駆体溶液調製
メソ構造体の前駆体溶液は、エタノール、0.01M塩酸、テトラエトキシシランを加え20分間混合した溶液にブロックポリマーのエタノール溶液を加え、3時間攪拌して調製される。ブロックポリマーとしては、エチレンオキサイド(20)プロピレンオキサイド(70)エチレンオキサイド(20)(以降、EO(20)PO(70)EO(20)と記載する(カッコ内は、各ブロックの繰り返し数))を使用する。エタノールにかえてメタノール、プロパノール、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトニトリルを使用することも可能である。混合比(モル比)は、テトラエトキシシラン:1.0、HCl:0.0011、水:6.1エタノール:8.7、ブロックポリマー:0.0096とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。
(1-2) Silica Mesostructure Film Formation (1-2-1) Precursor Solution Preparation of Silica Mesostructure Film The mesostructure precursor solution was added with ethanol, 0.01M hydrochloric acid and tetraethoxysilane and mixed for 20 minutes. The block solution is prepared by adding an ethanol solution of a block polymer and stirring for 3 hours. As a block polymer, ethylene oxide (20) propylene oxide (70) ethylene oxide (20) (hereinafter referred to as EO (20) PO (70) EO (20) (in parentheses are the number of repetitions of each block)) Is used. It is also possible to use methanol, propanol, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, or acetonitrile instead of ethanol. The mixing ratio (molar ratio) is tetraethoxysilane: 1.0, HCl: 0.0011, water: 6.1 ethanol: 8.7, and block polymer: 0.0096. The solution is appropriately diluted and used for the purpose of adjusting the film thickness.

(1−2−2)シリカメソ構造体膜の成膜
洗浄した石英ガラス基板14上に、ディップコート装置を用いて0.5mms−1の引き上げ速度でディップコートを行う。製膜後は、25℃、相対湿度40%の恒温恒湿槽で2週間、続いて80℃で24時間保持し、シリカメソ構造体膜15を形成した。本実施例で作製したシリカメソ構造体膜においては、メソ孔中には、有機物である、上記EO(20)PO(70)EO(20)が保持されている。このシリカメソ構造体膜断面を走査電子顕微鏡で観察したところ、本実施例で作製した膜中では、均一な径のシリンダー状のメソ孔が、ハニカム状に周期的に配置されていることが分かった。この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期8.0nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できた。
(1-2-2) Formation of Silica Mesostructured Film A dip coat is performed on the washed quartz glass substrate 14 at a pulling rate of 0.5 mms −1 using a dip coater. After the film formation, the silica mesostructured film 15 was formed by holding in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 40% for 2 weeks and then at 80 ° C. for 24 hours. In the silica mesostructured film produced in this example, the EO (20) PO (70) EO (20), which is an organic substance, is held in the mesopores. When this silica mesostructure film cross section was observed with a scanning electron microscope, it was found that in the film produced in this example, cylindrical mesopores with a uniform diameter were periodically arranged in a honeycomb shape. . The periodic arrangement of mesopores in this film could be confirmed by the fact that a diffraction peak corresponding to a structural period of 8.0 nm can be confirmed by X-ray diffraction analysis.

(1−3)プラズマエッチング
石英ガラス基板14上に形成したシリカメソ構造体膜に、ICP型のプラズマエッチング装置(samco社製;高密度プラズマICPエッチング装置:RIE−101iP)を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを実施し、凸部12を形成した。
反応性ガス:C
ガス流量:20sccm
圧力 :3Pa
ICPパワー:500W
Biasパワー:20W
エッチング時間:9分間
プラズマエッチング後のメソ構造シリカ膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=150nm、Θ=30度、p=100nm、T=60nm、H/D=1.5となるような凸部を表面に有する微細構造体が得られた。ここで、凸部の密度は3.1×1010個/cmと見積もられた。各凸部の間隔の分布はσ=32nmの正規分布であり、σ/pは0.32である。
(1-3) Plasma etching An ICP type plasma etching apparatus (manufactured by samco; high density plasma ICP etching apparatus: RIE-101iP) is used for the silica mesostructured film formed on the quartz glass substrate 14 under the following conditions. Then, plasma etching was performed to form convex portions 12.
Reactive gas: C 3 F 8
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 3Pa
ICP power: 500W
Bias power: 20W
Etching time: 9 minutes A plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other on the surface of the mesostructured silica film after plasma etching, and the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. A microstructure having a convex portion on the surface such that = 150 nm, Θ = 30 degrees, p = 100 nm, T = 60 nm, and H / D = 1.5 was obtained. Here, the density of the convex portions was estimated to be 3.1 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 32 nm, and σ / p is 0.32.

それぞれの値については、Θ、H、T、Dについては電子顕微鏡の断面写真から、p及び密度については電子顕微鏡の平面写真を画像処理し、各凸部の先端位置の座標を取得する事により算出した。尚、Hについては原子間力顕微鏡を使用する事によって算出する事も可能であり、電子顕微鏡像から得た値と整合が取れる事を確認している。これらの値は、微細構造体を形成した領域内において、視野1μmサイズの電子顕微鏡写真を、領域内で偏りのないように20箇所撮影して、各値の平均値を算出して求めている。   For each value, image processing is performed on a cross-sectional photograph of the electron microscope for Θ, H, T, and D, and a planar photograph of the electron microscope for p and density, and the coordinates of the tip position of each convex portion are obtained. Calculated. Note that H can also be calculated by using an atomic force microscope, and it has been confirmed that it can be matched with the value obtained from the electron microscope image. These values are obtained by taking 20 electron micrographs with a visual field size of 1 μm within the region where the fine structure is formed, so that there is no bias in the region, and calculating the average value of each value. .

プラズマエッチング後に微細構造体11について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が、微細構造体11内に含有されており、その量はSi原子比率で平均25%という値であった。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からフッ素原子はSi原子と結合して存在している事が確かめられる。この事は、フッ素をメソ構造シリカ膜内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   After the plasma etching, the fine structure 11 was subjected to composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, fluorine atoms were contained in the fine structure 11, and the amount thereof was averaged by the Si atomic ratio. The value was 25%. In addition, it is confirmed from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy that fluorine atoms are present in combination with Si atoms. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in the mesostructured silica film.

ここで、比較として細孔を有していない密なシリカ膜を用いて、本工程と同じ条件でプラズマエッチングを施すと、表面に凸部は形成されず(H=5nm以下)、膜の深さ方向にフッ素原子も検出されない。また、シリカメソ構造体膜を用いても、Arガスを用いてプラズマエッチングを施した場合には、表面に凸部は形成されず(H=5nm以下)、膜の深さ方向にエッチングガス由来のアルゴン原子が検出されない。   Here, as a comparison, when a dense silica film having no pores is used and plasma etching is performed under the same conditions as in this step, no protrusions are formed on the surface (H = 5 nm or less), and the depth of the film Fluorine atoms are not detected in the vertical direction. Even when a silica mesostructure film is used, when Ar gas is used for plasma etching, no convex portion is formed on the surface (H = 5 nm or less), and the film is derived from an etching gas in the depth direction of the film. Argon atoms are not detected.

このことは、プラズマエッチングのみにより複数の凸部を形成する本工程において、材料が、メソ孔を有するメソ構造体であること、及びエッチング工程がメソ構造体を形成する材料と反応する反応性ガスを用いて、ガスの成分をメソ構造体に含有させながらエッチングを進行させることが、本発明の構造体形成に重要な意味を有することを示している。
以上のようにして、石英ガラス基板14上に、反射防止構造11を形成した。
This means that in this step of forming a plurality of convex portions only by plasma etching, the material is a mesostructure having mesopores, and the reactive gas that reacts with the material forming the mesostructure in the etching step. It is shown that it is important for the formation of the structure of the present invention to advance the etching while containing the gas component in the mesostructure.
As described above, the antireflection structure 11 was formed on the quartz glass substrate 14.

(1−4)反射率の測定
反射率の測定は、実施例1で作製した、複数の凸部を有する構造体を形成した石英ガラス基板に、ハロゲンランプを用いて光を垂直入射させ、基板表面(複数の凸部を有するシリカメソ構造体膜が存在する側)からの反射光を計測する事により行う。光の波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、実施例1で作製した基板表面の反射率は1.5%である。比較として反射防止構造を設けない、石英ガラス基板の反射率を同様な方法で測定すると5.0%であり、実施例1で作製した反射防止構造により反射率が低減されている事が確認される。これにより本実施例に示すように、メソ構造を備えた、複数の凸部を有する本発明の構造体は、反射防止膜として機能することが示された。
(1-4) Measurement of reflectance The reflectance is measured by causing light to be vertically incident on the quartz glass substrate formed in Example 1 and having a structure having a plurality of convex portions using a halogen lamp. The measurement is performed by measuring the reflected light from the surface (the side on which the silica mesostructure film having a plurality of convex portions is present). When the average reflectance in the light wavelength range of 400 nm to 700 nm is calculated, the reflectance of the substrate surface produced in Example 1 is 1.5%. For comparison, when the reflectance of a quartz glass substrate without an antireflection structure is measured by the same method, it is 5.0%, and it is confirmed that the reflectance is reduced by the antireflection structure produced in Example 1. The Thereby, as shown in the present Example, it was shown that the structure of the present invention having a plurality of convex portions having a meso structure functions as an antireflection film.

(実施例2)
実施例2では、石英ガラス基板上に成膜したメソポーラスシリカ膜に複数の微細凸部を有する構造体を形成し、反射防止構造を設けた光学部材とした例について記載する。本実施例の構造体は、図1において、基板14が石英、メソポーラスシリカが11及び15、メソポーラスシリカで形成された凸部が12の場合である。
(Example 2)
Example 2 describes an example in which a structure having a plurality of fine convex portions is formed on a mesoporous silica film formed on a quartz glass substrate and an antireflection structure is provided. In FIG. 1, the structure of this example is a case where the substrate 14 is quartz, the mesoporous silica is 11 and 15, and the convex portions formed of mesoporous silica are twelve.

実施例1の(1−1)から(1−2)と同じ方法で、石英ガラス基板14上にメソ構造シリカ薄膜を形成した((2−1)から(2−2−2))。   A mesostructured silica thin film was formed on the quartz glass substrate 14 by the same method as (1-1) to (1-2) of Example 1 ((2-1) to (2-2-2)).

(2−2−3)多孔質化
形成したメソ構造体膜を、焼成炉にて大気雰囲気下で400℃4時間焼成し、鋳型として、細孔中に保持されていた有機成分を除去して、メソポーラスシリカ膜15とした。得られた膜の透過電子顕微鏡分析から、本実施例で作製したメソポーラスシリカ膜は、均一な径のシリンダー状のメソ孔がハニカム状に周期的に配置されていることが分かった。この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期6.0nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できた。
(2-2-3) Porous formation The formed mesostructured film was baked at 400 ° C. for 4 hours in an air atmosphere in a baking furnace to remove organic components held in the pores as a mold. A mesoporous silica film 15 was obtained. From the transmission electron microscope analysis of the obtained film, it was found that the mesoporous silica film produced in this example had cylinder-shaped mesopores with a uniform diameter periodically arranged in a honeycomb shape. The periodic arrangement of mesopores in this film could be confirmed by the fact that a diffraction peak corresponding to a structural period of 6.0 nm can be confirmed in X-ray diffraction analysis.

(2−3)プラズマエッチング
石英ガラス基板14上に形成したメソポーラスシリカ膜15に、ICP型のプラズマエッチング装置(samco社製;高密度プラズマICPエッチング装置:RIE−101iP)を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを実施した。
反応性ガス:SFガス
ガス流量:20sccm
圧力 :3Pa
ICPパワー:100W
Biasパワー:100W
エッチング時間:2分間
プラズマエッチング後のメソポーラスシリカ膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=60nm、Θ=30度、p=D=50nm、T=60nm、H/D=1.2となるような凸部を表面に有する微細構造体が得られた。凸部の密度は6.5×1010個/cmと見積もられた。各凸部の間隔の分布はσ=14nmの正規分布であり、σ/pは0.28である。
(2-3) Plasma etching An ICP type plasma etching apparatus (manufactured by Samco; high density plasma ICP etching apparatus: RIE-101iP) is used for the mesoporous silica film 15 formed on the quartz glass substrate 14 under the following conditions. Plasma etching was carried out.
Reactive gas: SF 6 gas Gas flow rate: 20 sccm
Pressure: 3Pa
ICP power: 100W
Bias power: 100W
Etching time: 2 minutes A plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other on the surface of the mesoporous silica film after plasma etching, and the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. A microstructure having a convex portion on the surface such that 60 nm, Θ = 30 degrees, p = D = 50 nm, T = 60 nm, and H / D = 1.2 was obtained. The density of the protrusions was estimated to be 6.5 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 14 nm, and σ / p is 0.28.

プラズマエッチング後に微細構造体11について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が、石英ガラス基板14との界面近傍に至るまで含有されていることがわかり、その量はSi原子比率で平均50%という値であった。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からフッ素原子はSi原子と結合して存在している事が確かめられる。この事は、フッ素をメソポーラスシリカ膜の細孔内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。鋳型として用いた有機成分を除去したメソポーラスシリカ膜に複数の凸部を形成した、本実施例で作製した構造体では、鋳型である有機物が残存した状態のシリカメソ構造体膜に複数の凸部を形成した、実施例1で作製した構造体よりも、含有フッ素量が多かった。また、実施例1に比較して、短いプラズマエッチング時間で、本発明の構造体の形成が可能であった。
以上のようにして、石英ガラス基板14上に、本発明の複数の凸部を有する構造体11を形成した。
After the plasma etching, the microstructure 11 was subjected to composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, it was found that fluorine atoms were contained up to the vicinity of the interface with the quartz glass substrate 14, The amount was an average of 50% in terms of Si atomic ratio. In addition, it is confirmed from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy that fluorine atoms are present in combination with Si atoms. This indicates that the etching progressed while fluorine was contained in the pores of the mesoporous silica film. In the structure produced in this example in which a plurality of protrusions were formed on the mesoporous silica film from which the organic component used as the template was removed, the plurality of protrusions were formed on the silica mesostructured film with the organic substance remaining as the template remaining. The amount of fluorine contained was greater than that of the formed structure produced in Example 1. In addition, compared with Example 1, the structure of the present invention could be formed in a shorter plasma etching time.
As described above, the structure 11 having a plurality of convex portions of the present invention was formed on the quartz glass substrate 14.

(2−4)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。実施例2で作製した、本発明の構造体を表面に形成した石英ガラスの反射率は2.5%となり、構造体を形成していない石英基板の反射率に比較して反射率が低減されている。これより、本実施例で作製した、メソポーラスシリカから構成される本発明の構造体は反射防止膜として機能することが示された。
(2-4) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. The reflectance of the quartz glass formed on the surface of the structure body of the present invention formed in Example 2 is 2.5%, and the reflectance is reduced compared to the reflectance of the quartz substrate on which the structure body is not formed. ing. From this, it was shown that the structure of the present invention composed of mesoporous silica produced in this example functions as an antireflection film.

(実施例3)
実施例3では、石英ガラス基板上に成膜したチタニアメソ構造体膜に微細構造体を形成し、反射防止構造を設けた光学部材とした例について記載する。本実施例の構造体は、図1において、基板14が石英、チタニアメソ構造体が11及び15、チタニアメソ構造体で形成された凸部が12の場合である。
(Example 3)
Example 3 describes an example in which a fine structure is formed on a titania mesostructure film formed on a quartz glass substrate to provide an optical member provided with an antireflection structure. In FIG. 1, the structure of this example is a case where the substrate 14 is quartz, the titania meso structure 11 and 15, and the convex portion formed of the titania meso structure is 12.

(3−1)基板14として、石英ガラス基板を準備した。
(3−2)チタニアメソ構造体膜形成
(3−2−1)チタニアメソ構造体膜の前駆体溶液調製
チタニアメソ構造体膜の前駆体溶液は、12M塩酸とテトラエトキシチタンを混合した水溶液に、ブロックポリマーのブタノール溶液を加え、3時間攪拌することで調製される。ブロックポリマーとしては、実施例1、2で使用したのと同じ、EO(20)PO(70)EO(20)を使用した。混合比(モル比)は、テトラエトキシチタン:1.0、塩酸:2.0、水:6.0、ブロックポリマー:0.013、ブタノール:9.0とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。
(3-1) A quartz glass substrate was prepared as the substrate 14.
(3-2) Formation of titania meso structure film precursor (3-2-1) Preparation of titania meso structure film precursor solution The precursor solution of titania meso structure film was prepared by mixing a block polymer with an aqueous solution in which 12M hydrochloric acid and tetraethoxy titanium were mixed. It is prepared by adding a butanol solution of and stirring for 3 hours. As the block polymer, the same EO (20) PO (70) EO (20) used in Examples 1 and 2 was used. The mixing ratio (molar ratio) is tetraethoxytitanium: 1.0, hydrochloric acid: 2.0, water: 6.0, block polymer: 0.013, butanol: 9.0. The solution is appropriately diluted and used for the purpose of adjusting the film thickness.

(3−2−2)チタニアメソ構造体膜の成膜
洗浄した石英ガラス基板14上に、調整した溶液を滴下してスピンコーティングを行うことで、本実施例のチタニアメソ構造体膜を形成する。スピンコーティングは、25℃、相対湿度40%、基板の回転速度3000rpmの条件で15秒間行う。成膜後は、25℃、相対湿度95%の恒温恒湿槽で30時間保持し、チタニアメソ構造体膜15を形成する。形成されたチタニアメソ構造体膜15の膜厚はおよそ550ナノメートルで、屈折率はエリプソメトリーにより1.5と求められる。本実施例で作製したチタニアメソ構造体膜においては、メソ孔中には、有機物である、上記EO(20)PO(70)EO(20)が保持されている。このチタニアメソ構造体膜断面を走査電子顕微鏡で観察したところ、本実施例で作製した膜中では、均一な径のシリンダー状のメソ孔が、ハニカム状に周期的に配置されていることが分かる。この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期8.4nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できる。
(3-2-2) Formation of Titania Mesostructure Film A titania mesostructure film of this example is formed by dropping the prepared solution onto the cleaned quartz glass substrate 14 and performing spin coating. The spin coating is performed for 15 seconds under the conditions of 25 ° C., relative humidity of 40%, and substrate rotation speed of 3000 rpm. After film formation, the titania mesostructure film 15 is formed by holding in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 95% for 30 hours. The formed titania mesostructure film 15 has a thickness of about 550 nanometers and a refractive index of 1.5 by ellipsometry. In the titania mesostructured film produced in this example, the EO (20) PO (70) EO (20), which is an organic substance, is held in the mesopores. When the cross section of the titania meso structure film is observed with a scanning electron microscope, it can be seen that in the film produced in this example, cylindrical mesopores having a uniform diameter are periodically arranged in a honeycomb shape. The periodic arrangement of mesopores in this film can be confirmed by confirming a diffraction peak corresponding to a structural period of 8.4 nm in X-ray diffraction analysis.

(3−3)プラズマエッチング
石英ガラス基板14上に形成したメソ構造チタニア薄膜15に、実施例1、2で用いたのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを施す。
反応性ガス:SF
ガス流量:20sccm
圧力 :3Pa
ICPパワー:100W
Biasパワー:20W
エッチング時間:7分間
プラズマエッチング後のチタニアメソ構造体膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=80nm、Θ=25度、p=60nm、T=200nm、H/D=1.33となるような凸部を表面に有する微細構造体が得られた。ここで、凸部の密度は6.5×1010個/cmと見積もられた。各凸部の間隔の分布はσ=14nmの正規分布であり、σ/pは0.23である。
(3-3) Plasma Etching Using the same ICP type plasma etching apparatus as that used in Examples 1 and 2, plasma etching was performed on the mesostructured titania thin film 15 formed on the quartz glass substrate 14 under the following conditions. Apply.
Reactive gas: SF 6
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 3Pa
ICP power: 100W
Bias power: 20W
Etching time: 7 minutes A plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other on the surface of the titania mesostructured film after plasma etching, and the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. A fine structure having convex portions on the surface such that = 80 nm, Θ = 25 degrees, p = 60 nm, T = 200 nm, and H / D = 1.33 was obtained. Here, the density of the convex portions was estimated to be 6.5 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 14 nm, and σ / p is 0.23.

プラズマエッチング後に微細構造体11について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が、微細構造体11内に含有されており、その量はTi原子比率で25%という値であった。この事は、フッ素をメソ構造チタニア膜内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   After the plasma etching, the microstructure 11 was subjected to composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, fluorine atoms were contained in the microstructure 11, and the amount thereof was 25 in terms of Ti atom. %. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in the mesostructured titania film.

(3−4)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。本実施例3で作製した、本発明の構造体を形成した石英ガラスの反射率は2%となり、作製した反射防止構造により反射率が低減されている事が確認される。これより、本実施例で作製した、チタニアメソ構造体から構成される本発明の構造体は反射防止膜として機能することが示される。
(3-4) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. The reflectance of the quartz glass formed in Example 3 and having the structure of the present invention is 2%, and it is confirmed that the reflectance is reduced by the manufactured antireflection structure. From this, it is shown that the structure of the present invention composed of the titania meso structure manufactured in this example functions as an antireflection film.

(実施例4)
実施例4では、石英ガラス基板上に成膜したジルコニアメソ構造体膜に微細構造体を形成し、反射防止構造を設けた光学部材とした例について記載する。本実施例の構造体は、図1において、基板14が石英、ジルコニアメソ構造体が11及び15、ジルコニアメソ構造体で形成された凸部が12の場合である。
(Example 4)
Example 4 describes an example in which a fine structure is formed on a zirconia mesostructure film formed on a quartz glass substrate to provide an optical member provided with an antireflection structure. In FIG. 1, the structure of this example is a case where the substrate 14 is quartz, the zirconia mesostructures 11 and 15, and the convex portions formed of zirconia mesostructures are 12.

(4−1)
基板14として、石英ガラス基板を準備した。
(4-1)
A quartz glass substrate was prepared as the substrate 14.

(4−2)ジルコニアメソ構造体膜形成
(4−2−1)ジルコニアメソ構造体膜の前駆体溶液調製
ジルコニアメソ構造体膜の前駆体溶液は、12M塩酸と塩化ジルコニウムを混合した水溶液に、ブロックポリマーのブタノール溶液を加え、3時間攪拌することで調製される。ブロックポリマーとしては、実施例1〜3で使用したのと同じ、EO(20)PO(70)EO(20)を使用した。混合比(モル比)は、塩化ジルコニウム:1.0、塩酸:2.0、水:6.0、ブロックポリマー:0.013、ブタノール:9.0とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。
(4-2) Zirconia Mesostructure Film Formation (4-2-1) Precursor Solution Preparation of Zirconia Mesostructure Film The zirconia mesostructure film precursor solution is prepared by mixing an aqueous solution containing 12M hydrochloric acid and zirconium chloride. It is prepared by adding a butanol solution of block polymer and stirring for 3 hours. As the block polymer, the same EO (20) PO (70) EO (20) as used in Examples 1 to 3 was used. The mixing ratio (molar ratio) is zirconium chloride: 1.0, hydrochloric acid: 2.0, water: 6.0, block polymer: 0.013, butanol: 9.0. The solution is appropriately diluted and used for the purpose of adjusting the film thickness.

(4−2−2)ジルコニアメソ構造体膜の成膜
洗浄した石英ガラス基板14上に、調整した溶液を滴下してスピンコーティングを行うことで、本実施例のジルコニアメソ構造体膜を形成する。スピンコーティングは、25℃、相対湿度40%、基板の回転速度3000rpmの条件で15秒間行う。成膜後は、25℃、相対湿度95%の恒温恒湿槽で30時間保持し、ジルコニアメソ構造体膜15を形成する。形成されたジルコニアメソ構造体膜15の膜厚はおよそ400ナノメートルである。エリプソメトリーにより屈折率は1.4と求められる。本実施例で作製したジルコニアメソ構造体膜においては、メソ孔中には、有機物である、上記EO(20)PO(70)EO(20)が保持されている。このジルコニアメソ構造体膜断面を走査電子顕微鏡で観察したところ、膜中では、均一な径のシリンダー状のメソ孔が、ハニカム状に周期的に配置されていることが分かる。この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期8.6nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できる。
(4-2-2) Formation of Zirconia Mesostructure Film A zirconia mesostructure film of this example is formed by dropping the prepared solution onto the washed quartz glass substrate 14 and performing spin coating. . The spin coating is performed for 15 seconds under the conditions of 25 ° C., relative humidity of 40%, and substrate rotation speed of 3000 rpm. After film formation, the film is kept in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 95% for 30 hours to form a zirconia mesostructure film 15. The film thickness of the formed zirconia mesostructure film 15 is approximately 400 nanometers. The refractive index is determined to be 1.4 by ellipsometry. In the zirconia mesostructured film produced in this example, the EO (20) PO (70) EO (20), which is an organic substance, is held in the mesopores. When the cross section of the zirconia mesostructure film is observed with a scanning electron microscope, it can be seen that cylindrical mesopores having a uniform diameter are periodically arranged in a honeycomb shape in the film. The periodic arrangement of mesopores in this film can be confirmed by confirming a diffraction peak corresponding to a structural period of 8.6 nm in X-ray diffraction analysis.

(4−3)プラズマエッチング
石英ガラス基板14上に形成したメソ構造ジルコニア薄膜15に、実施例1〜3で用いたのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを実施す。
反応性ガス:SF
ガス流量:20sccm
圧力 :3Pa
ICPパワー:100W
Biasパワー:20W
エッチング時間:7分間
プラズマエッチング後のジルコニアメソ構造体膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=60nm、Θ=30度、p=50nm、T=200nm、H/D=1.2となるような凸部を表面に有する微細構造体が得られた。ここで、凸部の密度は6.5×1010個/cmと見積もられた。各凸部の間隔の分布はσ=15nmの正規分布であり、σ/pは0.30である。
(4-3) Plasma etching Plasma etching is performed on the mesostructured zirconia thin film 15 formed on the quartz glass substrate 14 using the same ICP type plasma etching apparatus as used in Examples 1 to 3 under the following conditions. Implement.
Reactive gas: SF 6
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 3Pa
ICP power: 100W
Bias power: 20W
Etching time: 7 minutes On the surface of the zirconia mesostructured film after plasma etching, a plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other, and the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. A microstructure having convex portions on the surface such that H = 60 nm, Θ = 30 degrees, p = 50 nm, T = 200 nm, and H / D = 1.2 was obtained. Here, the density of the convex portions was estimated to be 6.5 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 15 nm, and σ / p is 0.30.

プラズマエッチング後に微細構造体11について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が、微細構造体11内に含有されており、その量はZr原子比率で25%という値であった。この事は、フッ素をメソ構造ジルコニア膜内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   After the plasma etching, the microstructure 11 was subjected to composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, fluorine atoms were contained in the microstructure 11, and the amount thereof was 25 in terms of Zr atomic ratio. %. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in the mesostructured zirconia film.

(4−4)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。本実施例4で作製した、本発明の構造体を形成した石英ガラスの反射率は2%となり、作製した反射防止構造により反射率が低減されている事が確認される。これより、本実施例で作製した、ジルコニアメソ構造体から構成される本発明の構造体は反射防止膜として機能することが示された。
(4-4) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) in Example 1. The reflectance of the quartz glass formed with the structure of the present invention manufactured in Example 4 is 2%, and it is confirmed that the reflectance is reduced by the manufactured antireflection structure. From this, it was shown that the structure of the present invention composed of the zirconia mesostructure produced in this example functions as an antireflection film.

(実施例5)
実施例5では、実施例1と同様な方法でガラス基板上に作製した、複数の凸部を有する本発明の構造体を型として用い、モールド成形により微細構造体の形状を、別の部材に転写することで、本発明の構造体、及びどれを用いた光学部材を製造する方法について記載する。以下、本実施例の光学部材の製造方法を図12に沿って説明する。
(Example 5)
In Example 5, the structure of the present invention having a plurality of convex portions, which was produced on a glass substrate by the same method as in Example 1, was used as a mold, and the shape of the microstructure was formed into another member by molding. It describes about the structure of this invention by transferring, and the method of manufacturing the optical member using which. Hereinafter, the manufacturing method of the optical member of a present Example is demonstrated along FIG.

実施例1の(1−1)から(1−3)までと同様な方法で、石英基板1201上に本発明の構造体1203を作製する。   The structure body 1203 of the present invention is manufactured on the quartz substrate 1201 by the same method as (1-1) to (1-3) of the first embodiment.

(5−4)モールド成形
前記、構造体を形成した基板上に、50μmのスペーサーを設け、紫外線硬化樹脂1204(RC−C001:大日本インキ化学工業製)を滴下する。続いてカップリング処理を施した石英ガラス基板1205を前記紫外線硬化樹脂1204上にゆっくりと接液した後、圧着させ、ゆっくりと気泡が入らないようにプレスし、石英ガラス基板1205と石英基板1201上に形成した微細構造体1203との間に前記紫外線硬化樹脂1204を均一に充填させる。続いて、充填させた紫外線硬化樹脂1204に中心波長365nmの紫外線を40mWで750秒間照射し硬化させた後、硬化物1204を微細構造体1203表面から剥離し、石英ガラス基板1205上に微細構造が表面に転写された樹脂1204を得る。この転写された微細構造は、実施例1において作製された複数の凸部を有する構造体の構造をポジとした場合、そのネガに相当する構造を有する。
(5-4) Molding On the substrate on which the structure is formed, a 50 μm spacer is provided, and an ultraviolet curable resin 1204 (RC-C001: manufactured by Dainippon Ink and Chemicals) is dropped. Subsequently, the quartz glass substrate 1205 subjected to the coupling treatment is slowly brought into contact with the ultraviolet curable resin 1204 and then pressed and slowly pressed to prevent bubbles from entering, and the quartz glass substrate 1205 and the quartz substrate 1201 are pressed. The ultraviolet curable resin 1204 is uniformly filled between the microstructures 1203 formed in the above. Subsequently, the filled UV curable resin 1204 is cured by irradiating UV light having a central wavelength of 365 nm at 40 mW for 750 seconds, and then the cured product 1204 is peeled off from the surface of the fine structure 1203 so that the fine structure is formed on the quartz glass substrate 1205. A resin 1204 transferred to the surface is obtained. The transferred fine structure has a structure corresponding to the negative when the structure of the structure having a plurality of protrusions produced in Example 1 is positive.

(5−5)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。本実施例5において、上記転写工程を用いて作製した、本発明の構造体を形成した石英ガラスの反射率は4%である。以上より、本実施例で作製した反射防止構造により反射率が低減されている事が確認される。これにより本実施例に示すように、メソ構造を備えた、複数の凸部を有する本発明の構造体は、反射防止膜として機能することが示される。
(5-5) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. In Example 5, the reflectance of the quartz glass formed using the above transfer process and having the structure of the present invention formed thereon is 4%. From the above, it is confirmed that the reflectance is reduced by the antireflection structure produced in this example. As a result, as shown in the present example, it is shown that the structure of the present invention having a plurality of convex portions having a meso structure functions as an antireflection film.

(実施例6)
実施例6では、実施例5において、転写工程を用いて石英ガラス基板上に作製した、複数の凸部を有する本発明の構造体をさらに型として用い、モールド成形を行い別の部材に転写することで、実施例1で作製した構造体と同じ形状を有する、本発明の構造体を作製する方法について記載する。
(Example 6)
In Example 6, the structure of the present invention having a plurality of convex portions produced on the quartz glass substrate in the transfer process in Example 5 was further used as a mold, and molded and transferred to another member. Thus, a method for manufacturing the structure of the present invention having the same shape as the structure manufactured in Example 1 will be described.

(6−4)モールド成形
実施例5の(5−4)までと同じ工程により、石英基板上に、光硬化性樹脂から構成される、実施例1で作製した構造体のネガに相当する構造を有する構造体を形成する。この樹脂の表面に、剥離層としてアモルファスカーボンを成膜した後に、実施例5で行ったのと同じ手法により、紫外線硬化樹脂を滴下する。続いて実施例5で記載したのと同様に、カップリング処理を施した石英ガラス基板を前記紫外線硬化樹脂上にゆっくりと接液した後、圧着させ、ゆっくりと気泡が入らないようにプレスし、石英ガラス基板と実施例5で石英基板上に形成した硬化した樹脂から構成される微細構造体との間に前記紫外線硬化樹脂を均一に充填させる。これに続いて、充填させた紫外線硬化樹脂に中心波長365nmの紫外線を40mWで750秒間照射し硬化させた後、2つの樹脂を、前記カーボン剥離層を用いて分離し、石英ガラス基板上に微細構造が表面に転写された樹脂を得る。この転写された微細構造は、型取りを2度繰り返しているために、実施例1において作製された複数の凸部を有する構造体と実質的に同一の、複数の凸部を有する構造を有している。
(6-4) Molding A structure corresponding to the negative of the structure manufactured in Example 1 and made of a photocurable resin on a quartz substrate by the same steps as in Example 5 (5-4). To form a structure having After depositing amorphous carbon as a release layer on the surface of this resin, an ultraviolet curable resin is dropped by the same method as in Example 5. Subsequently, in the same manner as described in Example 5, the quartz glass substrate subjected to the coupling treatment was slowly wetted onto the ultraviolet curable resin, and then pressure-bonded, and slowly pressed so that no bubbles entered, The ultraviolet curable resin is uniformly filled between the quartz glass substrate and the microstructure formed of the cured resin formed on the quartz substrate in Example 5. Following this, the filled ultraviolet curable resin was cured by irradiating ultraviolet rays with a central wavelength of 365 nm at 40 mW for 750 seconds, and then separating the two resins using the carbon release layer, and finely irradiating them on the quartz glass substrate. A resin whose structure is transferred to the surface is obtained. This transferred microstructure has a structure having a plurality of protrusions, which is substantially the same as the structure having a plurality of protrusions produced in Example 1 because the mold is repeated twice. doing.

(6−5)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。本実施例6において、上記2段階の転写工程を用いて作製した、本発明の構造体を形成した石英ガラスの反射率は1.2%である。以上より、本実施例で作製した反射防止構造により反射率が低減されている事が確認される。これにより本実施例に示すように、メソ構造を備えた、複数の凸部を有する本発明の構造体は、反射防止膜として機能することが示される。
(6-5) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. In Example 6, the reflectance of the quartz glass formed using the two-step transfer process and formed with the structure of the present invention is 1.2%. From the above, it is confirmed that the reflectance is reduced by the antireflection structure produced in this example. As a result, as shown in the present example, it is shown that the structure of the present invention having a plurality of convex portions having a meso structure functions as an antireflection film.

(実施例7)
実施例7では、光学ガラス基板上に成膜したメソポーラスシリカ膜に、複数の微細な凸部を有する構造体を形成した後、メソ孔内にチタニアを導入することにより、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。本実施例の構造体は、図1において、基板14が光学ガラス、11、15、及び凸部12がメソ孔内にチタニアを形成したメソポーラスシリカである。
(Example 7)
In Example 7, after forming a structure having a plurality of fine protrusions on a mesoporous silica film formed on an optical glass substrate, the structure and the optical glass substrate were introduced by introducing titania into the mesopores. An example in which an optical member having an antireflection ability is obtained by matching the refractive indexes of these will be described. In FIG. 1, the structure of this example is mesoporous silica in which the substrate 14 is optical glass, 11, 15, and the convex portion 12 is formed with titania in the mesopores.

本実施例の製造工程を図23を用いて説明する。   The manufacturing process of this example will be described with reference to FIG.

(7−1)基板準備
基板14として屈折率1.6の光学ガラス基板を準備する。
(7-1) Substrate Preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.6 is prepared as the substrate 14.

(7−2)メソポーラスシリカ膜形成
実施例1の(1−1)から(1−2)と同じ方法で、光学ガラス基板14上にシリカメソ構造体膜を形成し、実施例2の(2−2−3)と同じ方法によって細孔内の有機物を除去して内部が空隙であるメソ構造体(メソポーラスシリカ膜)15とする。得られた膜の透過電子顕微鏡分析から、本実施例で作製したメソポーラスシリカ膜は、均一な径のシリンダー状のメソ孔がハニカム状に周期的に配置されていることが分かる。この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期6.0nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できる。膜厚は約500nmである。本工程で作製したメソポーラスシリカの屈折率は、エリプソメトリーにより1.22と求められる。
(7-2) Formation of mesoporous silica film A silica mesostructured film was formed on the optical glass substrate 14 by the same method as (1-1) to (1-2) of Example 1, and (2- The organic substance in the pores is removed by the same method as in 2-3) to obtain a mesostructure (mesoporous silica film) 15 having voids inside. From the transmission electron microscope analysis of the obtained film, it can be seen that the mesoporous silica film produced in this example has cylinder-shaped mesopores of uniform diameter periodically arranged in a honeycomb shape. The periodic arrangement of mesopores in this film can be confirmed by confirming a diffraction peak corresponding to a structural period of 6.0 nm in X-ray diffraction analysis. The film thickness is about 500 nm. The refractive index of mesoporous silica produced in this step is determined to be 1.22 by ellipsometry.

(7−3)プラズマエッチング
光学ガラス基板14上に形成したメソポーラスシリカ膜15に、実施例1〜6で用いたのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを施す。
反応性ガス:SFガス
ガス流量:20sccm
圧力 :3Pa
ICPパワー:100W
Biasパワー:100W
エッチング時間:2分間
プラズマエッチング後のメソポーラスシリカ膜表面には円錐状の複数の凸部12が互いに隣接するように形成され、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=60nm、Θ=30度、p=50nm、T=80nm、H/D=1.2となるような凸部を表面に有する微細構造体11が得られる。形成された微細構造体の走査電子顕微鏡写真を図13に示す。13(a)は断面の写真、13(b)は表面の写真である。凸部の密度は6.5×1010個/cmと見積もられる。凸部の間隔の分布はσ=14nmの正規分布であり、σ/pは0.28である。
(7-3) Plasma etching Plasma etching is performed on the mesoporous silica film 15 formed on the optical glass substrate 14 under the following conditions using the same ICP type plasma etching apparatus as used in Examples 1 to 6. .
Reactive gas: SF 6 gas Gas flow rate: 20 sccm
Pressure: 3Pa
ICP power: 100W
Bias power: 100W
Etching time: 2 minutes A plurality of conical convex portions 12 are formed adjacent to each other on the surface of the mesoporous silica film after plasma etching, and the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. A fine structure 11 having convex portions on the surface such that = 60 nm, Θ = 30 degrees, p = 50 nm, T = 80 nm, and H / D = 1.2 is obtained. A scanning electron micrograph of the formed microstructure is shown in FIG. 13 (a) is a photograph of the cross section, and 13 (b) is a photograph of the surface. The density of the convex portions is estimated to be 6.5 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 14 nm, and σ / p is 0.28.

このプラズマエッチング後の微細構造体11について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が、光学ガラス基板14との界面近傍に至るまで含有されていることがわかり、その量はSi原子比率で50%という値となる。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からフッ素原子はSi原子と結合して存在している事が確かめられる。この事は、フッ素をメソポーラスシリカ膜内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   The microstructure 11 after the plasma etching was subjected to composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, it was found that fluorine atoms were contained up to the vicinity of the interface with the optical glass substrate 14. As can be seen, the amount is 50% in terms of Si atomic ratio. In addition, it is confirmed from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy that fluorine atoms are present in combination with Si atoms. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in the mesoporous silica film.

(7−4)メソ孔内への無機材料導入
続いて、図14に示すような減圧化学気相成膜(CVD)装置を用いて、メソポーラスシリカの細孔内へチタニアを導入し、屈折率の精密制御を行い、構造体を得る。図14において、1401は真空容器、1402は前駆体が格納された試験管、1403はニードルバルブ、1404はメインバルブ、1405はターボ分子ポンプ、1406はドライスクロールポンプ、1407は真空計、1408は基板ホルダである。
(7-4) Inorganic material introduction into mesopores Subsequently, titania is introduced into the pores of mesoporous silica using a low pressure chemical vapor deposition (CVD) apparatus as shown in FIG. A precise structure is obtained to obtain a structure. In FIG. 14, 1401 is a vacuum vessel, 1402 is a test tube containing a precursor, 1403 is a needle valve, 1404 is a main valve, 1405 is a turbo molecular pump, 1406 is a dry scroll pump, 1407 is a vacuum gauge, and 1408 is a substrate. It is a holder.

CVDの前処理として、工程(7−3)までに作製した、メソポーラスシリカより成る微細構造体を形成した光学ガラス基板を、大気雰囲気下400℃で4時間焼成した後、真空容器1401内の基板ホルダにセットし2×10−5Paまで排気した後、300℃で3時間加熱を行い、表面吸着水の除去、及び表面の清浄化を行う。 As a pretreatment for CVD, an optical glass substrate formed by the step (7-3) and having a microstructure formed of mesoporous silica is baked at 400 ° C. for 4 hours in an air atmosphere, and then the substrate in the vacuum vessel 1401 After setting in a holder and exhausting to 2 × 10 −5 Pa, heating is performed at 300 ° C. for 3 hours to remove surface adsorbed water and clean the surface.

基板を室温に戻した後、真空容器内1401へチタンイソプロポキシドを5Paの圧力となるまで導入し減圧CVDを行う。このCVD工程において、メソポーラスシリカのメソ孔表面に存在するシラノール基がチタンイソプロポキシドと反応し、Si−O−Ti結合を形成する。   After returning the substrate to room temperature, titanium isopropoxide is introduced into the vacuum container 1401 until a pressure of 5 Pa is reached, and low pressure CVD is performed. In this CVD process, silanol groups present on the mesoporous surface of mesoporous silica react with titanium isopropoxide to form Si—O—Ti bonds.

7時間後に真空容器内から基板を取り出して、エックス線光電子分光法により、微細構造体の表面から基板界面方向へと深さ方向分析を行うと、微細構造体表面から基板界面近傍まで比較的均一にTi原子が導入されていることがわかり、Ti原子はTi/Si原子比率で73%程度導入されていることがわかる。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からTi原子は酸化チタン(チタニア)TiOとして存在している事が確認できる。CVD後の構造体の走査電子顕微鏡観察の結果、構造体の形状には顕著な変化は認められず、細孔が観察されにくくなっていたことから、酸化チタンはメソ孔内に形成されていることがわかる。 After 7 hours, the substrate is taken out from the vacuum chamber and analyzed in the depth direction from the surface of the microstructure to the substrate interface by X-ray photoelectron spectroscopy. It can be seen that Ti atoms have been introduced, and that Ti atoms have been introduced at a Ti / Si atomic ratio of about 73%. Incidentally, Ti atomic binding energy position based on X-ray photoelectron spectroscopy can be confirmed to be present as titanium oxide (titania) TiO 2. As a result of scanning electron microscope observation of the structure after CVD, no significant change was observed in the shape of the structure, and it was difficult to observe the pores, so titanium oxide was formed in the mesopores I understand that.

本実施例では、CVD条件、特にCVDを行う時間に対して、図8(d)に示したような屈折率のチタニア導入量依存性に関する検量線を求めておく事で、チタニア導入後の構造体の実効屈折率が、使用した光学ガラスの屈折率1.6と同じになるようにチタニア導入量を制御している。比較のために本実施例で使用したメソポーラスシリカから構成される構造体に対して同じ条件において5時間、及び3時間CVDを行った場合には屈折率はそれぞれ、1.5、および1.4となり、本工程の減圧CVD法によってチタニア導入量の制御を精密に行い、屈折率を精密に制御できることが示される。   In this embodiment, a structure after introducing titania is obtained by obtaining a calibration curve regarding the dependency of refractive index on titania introduction amount as shown in FIG. The amount of titania introduced is controlled so that the effective refractive index of the body is the same as the refractive index 1.6 of the optical glass used. For comparison, when the structure composed of mesoporous silica used in this example was subjected to CVD for 5 hours and 3 hours under the same conditions, the refractive indexes were 1.5 and 1.4, respectively. Thus, it is shown that the amount of titania introduced can be precisely controlled by the low pressure CVD method in this step, and the refractive index can be precisely controlled.

以上述べたように、本工程によって、メソポーラスシリカから構成される本発明の複数の凸部を有する構造体の屈折率を、チタニアの導入によって、基板の屈折率1.6にマッチングできることが示される。   As described above, this process shows that the refractive index of the structure having a plurality of convex portions of the present invention composed of mesoporous silica can be matched with the refractive index 1.6 of the substrate by introducing titania. .

(7−5)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入したメソポーラスシリカから構成される本発明の構造体を形成した、光学ガラスの反射率は2%と求められる。比較として本実施例の(7−1)から(7−3)まで同様な方法で作製し、(7−4)のチタニアのメソ孔内導入工程を省略して、中空のメソ孔を有するメソポーラスシリカから構成される本発明の微細構造体を形成した光学ガラスの反射率を測定すると4%であり、屈折率制御の効果により反射率が低減されている事が確認される。
(7-5) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is calculated, the reflectance of the optical glass formed with the structure of the present invention composed of mesoporous silica with titania introduced into the pores, prepared in this example. Is required to be 2%. As a comparison, a mesoporous material having a hollow mesopore was prepared by the same method as in (7-1) to (7-3) of this example, omitting the titania in-mesopore introduction step of (7-4). When the reflectance of the optical glass on which the microstructure of the present invention composed of silica is formed is measured, it is 4%, and it is confirmed that the reflectance is reduced by the effect of refractive index control.

(実施例8)
実施例8では、実施例7における工程(7−4)の、メソ孔内へのチタニア導入を、減圧CVDの代わりに、レイヤーバイレイヤー成膜法で行う例について記載する。
(Example 8)
Example 8 describes an example in which titania introduction into the mesopores in the step (7-4) in Example 7 is performed by a layer-by-layer film forming method instead of low pressure CVD.

(7−1)から(7−3)までは、実施例7と同じ工程で、メソポーラスシリカより構成される複数の凹凸を有する構造体を作製する。   From (7-1) to (7-3), in the same process as in Example 7, a structure having a plurality of irregularities made of mesoporous silica is produced.

(8−4)メソ孔内への無機材料導入
メソ孔内へのチタニアの導入、及びそれによる屈折率の精密制御は、実施例7で使用したものと同じ装置を使用して行う。
(8-4) Inorganic material introduction into mesopores The introduction of titania into the mesopores and the precise control of the refractive index thereby are carried out using the same apparatus as used in Example 7.

レイヤーバイレイヤー成膜の前処理として、メソポーラスシリカより成る微細構造体を形成した光学ガラス基板を、大気雰囲気下400℃で4時間焼成した後、真空容器1401内の基板ホルダにセットし2×10−5Paまで排気した後、300℃で3時間加熱を行い、表面吸着水の除去、及び表面の清浄化を行う。 As a pretreatment for layer-by-layer film formation, an optical glass substrate on which a fine structure made of mesoporous silica is formed is baked at 400 ° C. for 4 hours in an air atmosphere, and then set on a substrate holder in a vacuum container 1401 to 2 × 10. After exhausting to −5 Pa, heating is performed at 300 ° C. for 3 hours to remove surface adsorbed water and clean the surface.

基板を室温に戻した後、真空容器内1401へチタンイソプロポキシドを2Paの圧力となるまで導入し30分保持し、再び1×10−4Paまで排気した後、真空ポンプのバルブ1404を閉じ、チャンバーを大気開放し常圧に戻す。5分後に再び2×10−5Paまで排気した後、300℃で1時間加熱を行い、基板温度が室温に下がった状態で、再びチタンイソプロポキシドを2Paの圧力となるまで導入し30分保持する。 After returning the substrate to room temperature, titanium isopropoxide was introduced into the vacuum vessel 1401 until the pressure reached 2 Pa, held for 30 minutes, evacuated to 1 × 10 −4 Pa again, and then the vacuum pump valve 1404 was closed. Open the chamber to atmospheric pressure and return to normal pressure. After evacuating again to 2 × 10 −5 Pa after 5 minutes, heating was performed at 300 ° C. for 1 hour, and titanium isopropoxide was again introduced until the pressure of 2 Pa was reached with the substrate temperature lowered to room temperature, and 30 minutes. Hold.

本工程では、最初のチタンイソプロポキシド導入工程においてメソポーラスシリカのメソ孔表面に存在するシラノール基がチタンイソプロポキシドと反応し、Si−O−Ti結合を形成する。次の大気開放工程では空気中の水分がシラノールに結合したチタンイソプロポキシドと反応してTi−OH結合を形成する。さらに次のチタンイソプロポキシド導入工程において、Ti−OH基がチタンイソプロポキシドと反応してTi−O−Ti結合が形成される。   In this step, silanol groups present on the mesoporous surface of mesoporous silica in the first titanium isopropoxide introduction step react with titanium isopropoxide to form Si—O—Ti bonds. In the next air release step, moisture in the air reacts with titanium isopropoxide bonded to silanol to form Ti-OH bonds. Furthermore, in the next titanium isopropoxide introduction step, the Ti—OH group reacts with titanium isopropoxide to form a Ti—O—Ti bond.

従って、本工程において、チタンイソプロポキシド導入→大気開放→加熱→冷却→チタンイソプロポキシド導入を繰り返すことによって、1層1層、メソ孔内壁にチタニアを形成することが可能である。このため、本方法はレイヤーバイレイヤー成膜法と呼ばれる。本方法は、別名表面ゾル−ゲル法とも呼ばれ、ゾル−ゲル法の一種に分類される手法である。   Therefore, in this step, it is possible to form titania on the inner wall of one layer of mesopores by repeating titanium isopropoxide introduction → atmospheric release → heating → cooling → titanium isopropoxide introduction. For this reason, this method is called a layer-by-layer deposition method. This method is also called a surface sol-gel method, and is a method classified as a kind of sol-gel method.

本実施例の条件では、最初のチタンイソプロポキシド導入を含め、チタンイソプロポキシド導入工程を3回繰り返すことで、メソポーラスシリカから構成される本発明の複数の凸部を有する構造体の屈折率を、チタニアの導入によって、基板の屈折率1.6にマッチングさせることができる。基板の屈折率が異なる場合には、この繰り返し回数を調整することによって、本発明の構造体の屈折率を精密に制御することができる。   Under the conditions of this example, the refractive index of the structure having a plurality of convex portions of the present invention composed of mesoporous silica is obtained by repeating the titanium isopropoxide introduction step three times including the first titanium isopropoxide introduction. Can be matched to the refractive index of the substrate 1.6 by introducing titania. When the refractive indexes of the substrates are different, the refractive index of the structure of the present invention can be precisely controlled by adjusting the number of repetitions.

作製した本実施例の構造体に関し、エックス線光電子分光法によって、微細構造体の表面から基板界面方向へと深さ方向分析を行うと、微細構造体表面から基板界面近傍まで比較的均一に、Ti原子がSi原子比率で73%程度導入されていることがわかる。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からTi原子は酸化チタン(チタニア)TiOとして存在している事が確認できる。CVD後の構造体の走査電子顕微鏡観察の結果、構造体の形状には顕著な変化は認められず、細孔が観察されにくくなっていたことから、酸化チタンはメソ孔内に形成されていることがわかる。 When the depth direction analysis from the surface of the fine structure to the substrate interface direction is performed by X-ray photoelectron spectroscopy, the structure of this example of the example is relatively uniformly distributed from the fine structure surface to the vicinity of the substrate interface. It can be seen that about 73% of atoms are introduced in terms of Si atomic ratio. Incidentally, Ti atomic binding energy position based on X-ray photoelectron spectroscopy can be confirmed to be present as titanium oxide (titania) TiO 2. As a result of scanning electron microscope observation of the structure after CVD, no significant change was observed in the shape of the structure, and it was difficult to observe the pores, so titanium oxide was formed in the mesopores I understand that.

(8−5)反射率測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入したメソポーラスシリカから構成される本発明の構造体を形成した、光学ガラスの反射率は2%と求められる。これは、実施例7の減圧CVDで作製した場合と同じ値である。実施例7で記述したように、中空のメソ孔を有するメソポーラスシリカから構成される本発明の微細構造体を形成した光学ガラスの反射率を測定すると4%であり、本実施例においても、屈折率制御の効果により反射率が低減されている事が確認される。
(8-5) Reflectance measurement The reflectance is measured by the same method as (1-4) in Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is calculated, the reflectance of the optical glass formed with the structure of the present invention composed of mesoporous silica with titania introduced into the pores, prepared in this example. Is required to be 2%. This is the same value as that produced by the low pressure CVD of Example 7. As described in Example 7, the reflectivity of the optical glass on which the microstructure of the present invention composed of mesoporous silica having hollow mesopores was measured was 4%. It is confirmed that the reflectance is reduced by the effect of the rate control.

(実施例9)
実施例9では、実施例7における工程(7−4)の、メソ孔内へのチタニア導入を、減圧CVDの代わりに、ゾル−ゲル法に基づく液相法で行う例について記載する。
Example 9
Example 9 describes an example in which the introduction of titania into the mesopores in step (7-4) in Example 7 is performed by a liquid phase method based on a sol-gel method instead of low pressure CVD.

(7−1)から(7−3)までは、実施例7と同じ工程で、メソポーラスシリカより構成される複数の凹凸を有する構造体を作製する。   From (7-1) to (7-3), in the same process as in Example 7, a structure having a plurality of irregularities made of mesoporous silica is produced.

(9−4)メソ孔内への無機材料導入
窒素ガス雰囲気中にて、チタンイソプロポキシドのn−デカン溶液(80wt%)を調製し、前記メソポーラスシリカより構成される複数の凹凸を有する構造体を形成した基板を室温で1時間浸漬させる。続いて、構造体を形成した基板をn−デカンで洗浄、乾燥した後、蒸留水中に配置し24時間保持後、150℃で24時間乾燥し、さらに400℃にて2時間の大気焼成を行い、前記メソポーラスシリカ構造体の細孔内にチタニアを導入する。
(9-4) Inorganic material introduction into mesopores In a nitrogen gas atmosphere, a titanium isopropoxide n-decane solution (80 wt%) is prepared, and has a plurality of irregularities composed of the mesoporous silica. The substrate on which the body is formed is immersed at room temperature for 1 hour. Subsequently, the substrate on which the structure was formed was washed with n-decane and dried, then placed in distilled water, held for 24 hours, dried at 150 ° C. for 24 hours, and further subjected to atmospheric firing at 400 ° C. for 2 hours. , Titania is introduced into the pores of the mesoporous silica structure.

作製した本実施例の構造体に関し、エックス線光電子分光法により、微細構造体表面から基板界面方向へと深さ方向分析を行うと、Ti原子がTi/Si原子比率で64%程度、比較的均一に導入されていることが分かる。本実施例で作製したチタニア導入後の構造体の実効屈折率は1.56であり、光学ガラス基板の屈折率1.60との差は0.04となる。   When the depth direction analysis from the microstructure surface to the substrate interface direction is performed by X-ray photoelectron spectroscopy on the structure of this example, the Ti atoms are relatively uniform with a Ti / Si atomic ratio of about 64%. It can be seen that it has been introduced. The effective refractive index of the structure after the introduction of titania produced in this example is 1.56, and the difference from the refractive index of 1.60 of the optical glass substrate is 0.04.

(9−5)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入したメソポーラスシリカから構成される本発明の構造体を形成した、光学ガラスの反射率は2.2%と求められる。実施例7で記述したように、中空のメソ孔を有するメソポーラスシリカから構成される本発明の微細構造体を形成した光学ガラスの反射率を測定すると4%であり、メソポーラスシリカ構造体にチタニアを導入する事により基板との屈折率差を小さくする事で、本実施例においても屈折率制御の効果による反射率低減が確認される。
(9-5) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is calculated, the reflectance of the optical glass formed with the structure of the present invention composed of mesoporous silica with titania introduced into the pores, prepared in this example. Is determined to be 2.2%. As described in Example 7, when the reflectance of the optical glass formed with the microstructure of the present invention composed of mesoporous silica having hollow mesopores was measured, it was 4%, and titania was added to the mesoporous silica structure. By reducing the difference in refractive index from the substrate by introducing the same, a reduction in reflectance due to the effect of refractive index control is also confirmed in this embodiment.

(実施例10)
実施例10では、光学ガラス基板上に成膜したチタニアメソ構造体膜に微細構造体を形成し、メソ孔内にシリカを導入した後に有機成分を除去することにより、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。本実施例の構造体は、図1において、基板14が光学ガラス、11、15、及び凸部12がメソ孔内にシリカを形成したメソポーラス酸化チタンである。
(Example 10)
In Example 10, a fine structure is formed on a titania mesostructure film formed on an optical glass substrate, and silica is introduced into the mesopores, and then organic components are removed, whereby the structure and the optical glass substrate are refracted. An example in which the optical member having antireflection ability is obtained by matching the rate will be described. In FIG. 1, the structure of this example is a mesoporous titanium oxide in which the substrate 14 is optical glass, 11, 15, and the convex portions 12 are formed by forming silica in mesopores.

(10−1)基板準備
基板14として屈折率1.7の光学ガラス基板を準備する。
(10-1) Substrate Preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.7 is prepared as the substrate 14.

(10−2)チタニアメソ構造体膜形成
実施例3の(3−2−1)から(3−2−2)に記載したのと同じ工程により、実施例3に記載したものと基本的に同一の構造を有するチタニアメソ構造体膜を作製する。
(10-2) Formation of titania mesostructure film Basically the same as described in Example 3 by the same steps as described in (3-2-1) to (3-2-2) of Example 3. A titania mesostructured film having the following structure is prepared.

(10−3)プラズマエッチング
実施例3の(3−3)に記載したのと同じプラズマエッチング工程により、実施例3に記載したものと基本的に同一の複数の微細な凸部を有する構造体を作製する。
(10-3) Plasma etching A structure having a plurality of fine protrusions basically the same as those described in Example 3 by the same plasma etching process described in Example 3 (3-3). Is made.

(10−4)メソ孔内へのシリカの導入
上記のように作製した、複数の凸部を有する構造体を形成したチタニアメソ構造体を作製した基板を、容積70mlのオートクレーブ中に配置し、容器内にオルトケイ酸テトラメチル(TMOS)3mlを入れた後密閉し、50℃において2時間TMOSの蒸気に暴露させる処理を行い、チタニアメソ構造膜のメソ孔中にシリカを導入する。TMOSの蒸気に暴露するチタニアメソ構造体膜のメソ孔中には、鋳型のブロックコポリマーが保持されているが、この状態においても、本実施例に記載した方法でシリカが細孔内に形成されることを本発明者らは見出している。このTMOS蒸気処理後、オートクレーブから構造体を形成した基板を取り出し、大気中において350℃で4時間焼成を行い、鋳型のブロックコポリマーを除去する。
(10-4) Introduction of silica into mesopores A substrate prepared as described above and having a titania mesostructure formed with a structure having a plurality of convex portions is placed in an autoclave having a volume of 70 ml, and a container After putting 3 ml of tetramethyl orthosilicate (TMOS) in the inside, it is sealed and exposed to TMOS vapor at 50 ° C. for 2 hours to introduce silica into the mesopores of the titania mesostructured film. The template block copolymer is retained in the mesopores of the titania mesostructured film exposed to the vapor of TMOS. Even in this state, silica is formed in the pores by the method described in this example. The present inventors have found that. After this TMOS vapor treatment, the substrate on which the structure is formed is taken out of the autoclave and baked at 350 ° C. in the atmosphere for 4 hours to remove the block copolymer of the template.

エックス線光電子分光法により、本実施例で作製した微細構造体の表面から光学ガラス基板界面方向へと深さ方向分析を行うと、膜中にはSi原子がSi/Ti原子比率で約49%程度導入されていることがわかる。   When X-ray photoelectron spectroscopy is used to analyze the depth direction from the surface of the microstructure manufactured in this example to the interface of the optical glass substrate, Si atoms in the film are about 49% in terms of Si / Ti atomic ratio. You can see that it has been introduced.

(10−5)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にシリカを導入したメソポーラスチタニアから構成される本発明の構造体を形成した、光学ガラスの反射率は2%と求められる。比較として本実施例の(10−1)から(10−3)まで同様な方法で作製し、(10−4)のメソ孔内へのシリカの導入工程を省略して、大気中250℃4時間の焼成によって得られた中空のメソ孔を有するメソポーラスチタニアから構成される本発明の微細構造体を形成した光学ガラスの反射率を測定すると4%であり、屈折率制御の効果により反射率が低減されている事が確認される。
(10-5) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm was calculated, the reflectance of the optical glass formed with the structure of the present invention composed of mesoporous titania with silica introduced into the pores, produced in this example. Is required to be 2%. As a comparison, it was prepared by the same method from (10-1) to (10-3) of this example, and the step of introducing silica into the mesopores of (10-4) was omitted. The reflectance of the optical glass on which the microstructure of the present invention composed of mesoporous titania having hollow mesopores obtained by baking for a time was measured was 4%, and the reflectance was due to the effect of refractive index control. It is confirmed that it is reduced.

(実施例11)
実施例11では、光学ガラス基板上に成膜したジルコニアメソ構造体膜に微細構造体を形成し、メソ孔内にシリカを導入した後に有機成分を除去することにより、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。本実施例の構造体は、図1において、基板14が光学ガラス、11、15、及び凸部12がメソ孔内にシリカを形成したメソポーラス酸化ジルコニウムである。
(Example 11)
In Example 11, a microstructure is formed on a zirconia mesostructure film formed on an optical glass substrate, silica is introduced into the mesopores, and then organic components are removed to thereby remove the structure and the optical glass substrate. An example in which the refractive index is matched and an optical member having antireflection ability is described. In FIG. 1, the structure of this example is mesoporous zirconium oxide in which the substrate 14 is optical glass, 11, 15, and the convex portions 12 are formed by forming silica in mesopores.

(11−1)基板準備
基板14として屈折率1.7の光学ガラス基板を準備する。
(11-1) Substrate Preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.7 is prepared as the substrate 14.

(11−2)ジルコニアメソ構造体膜形成
実施例4の(4−2−1)から(4−2−2)に記載したのと同じ工程により、実施例4に記載したものと基本的に同一の構造を有するジルコニアメソ構造体膜を作製する。
(11-2) Formation of zirconia mesostructured film Basically as described in Example 4 by the same steps as described in (4-2-1) to (4-2-2) of Example 4. A zirconia mesostructured film having the same structure is produced.

(11−3)プラズマエッチング
実施例4の(4−3)に記載したのと同じプラズマエッチング工程により、実施例4に記載したものと基本的に同一の複数の微細な凸部を有する構造体を作製する。
(11-3) Plasma etching A structure having a plurality of fine protrusions basically the same as those described in Example 4 by the same plasma etching process as described in (4-3) of Example 4. Is made.

(11−4)細孔内へのシリカの導入
上記のように作製した、複数の凸部を有する構造体を形成したジルコニアメソ構造体を作製した基板を、容積70mlのオートクレーブ中に配置し、容器内にTMOS3mlを入れた後密閉し、50℃において2時間TMOSの蒸気に暴露させる処理を行い、ジルコニアメソ構造膜のメソ孔中にシリカを導入する。TMOSの蒸気に暴露するジルコニアメソ構造体膜のメソ孔中には、鋳型のブロックコポリマーが保持されているが、この状態においても、本実施例に記載した方法でシリカが細孔内に形成されることを本発明者らは見出している。このTMOS蒸気処理後、オートクレーブから構造体を形成した基板を取り出し、大気中において350℃で4時間焼成を行い、鋳型のブロックコポリマーを除去する。
(11-4) Introduction of silica into pores A substrate prepared as described above and having a zirconia mesostructure formed with a structure having a plurality of convex portions is placed in an autoclave having a volume of 70 ml. After putting 3 ml of TMOS in the container, the container is sealed and exposed to TMOS vapor at 50 ° C. for 2 hours to introduce silica into the mesopores of the zirconia mesostructured film. The block copolymer of the template is retained in the mesopores of the zirconia mesostructured film exposed to the vapor of TMOS. Even in this state, silica is formed in the pores by the method described in this example. The present inventors have found that. After this TMOS vapor treatment, the substrate on which the structure is formed is taken out of the autoclave and baked at 350 ° C. in the atmosphere for 4 hours to remove the block copolymer of the template.

エックス線光電子分光法により、本実施例で作製した微細構造体の表面から光学ガラス基板界面方向へと深さ方向分析を行うと、膜中にはSi原子がSi/Zr原子比率で約49%程度導入されていることがわかる。   When X-ray photoelectron spectroscopy is used to analyze the depth direction from the surface of the microstructure fabricated in this example to the interface of the optical glass substrate, Si atoms in the film are about 49% in terms of Si / Zr atomic ratio. You can see that it has been introduced.

(11−5)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にシリカを導入したメソポーラスジルコニアから構成される本発明の構造体を形成した、光学ガラスの反射率は2%と求められる。比較として本実施例の(11−1)から(11−3)まで同様な方法で作製し、(11−4)のメソ孔内へのシリカの導入工程を省略して、大気中250℃4時間の焼成によって得られた中空のメソ孔を有するメソポーラスジルコニアから構成される本発明の微細構造体を形成した光学ガラスの反射率を測定すると4%であり、屈折率制御の効果により反射率が低減されている事が確認される。
(11-5) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm was calculated, the reflectance of the optical glass formed with the structure of the present invention composed of mesoporous zirconia having silica introduced into the pores, produced in this example. Is required to be 2%. As a comparison, the same steps as (11-1) to (11-3) of this example were performed, and the step of introducing silica into the mesopores of (11-4) was omitted. The reflectance of the optical glass on which the microstructure of the present invention composed of mesoporous zirconia having hollow mesopores obtained by baking for a time was measured was 4%, and the reflectance was due to the effect of controlling the refractive index. It is confirmed that it is reduced.

(実施例12)
実施例12では、光学ガラス基板上に成膜したメソポーラスシリカ膜に、有機化物の修飾を施した後にプラズマエッチングを行い、アスペクト比の高い、複数の微細な凸部を有する構造体を形成し、さらにメソ孔内にチタニアを導入することにより、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。本実施例によって作製される構造体の基本構成は実施例7で記載したものと同じであるが、形成される構造体のアスペクト比が異なる。
(Example 12)
In Example 12, the mesoporous silica film formed on the optical glass substrate is modified with an organic compound and then subjected to plasma etching to form a structure having a plurality of fine protrusions with a high aspect ratio, Further, an example will be described in which titania is introduced into the mesopores, thereby matching the refractive index of the structure and the optical glass substrate to obtain an optical member having antireflection ability. The basic structure of the structure manufactured by this example is the same as that described in Example 7, but the aspect ratio of the structure formed is different.

(12−1)基板準備
基板14として屈折率1.6の光学ガラス基板を準備する。
(12-1) Substrate Preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.6 is prepared as the substrate 14.

(12−2)メソポーラスシリカ薄膜形成
実施例1の(1−1)から(1−2)と同じ方法で、光学ガラス基板14上にシリカメソ構造体膜を形成し、実施例2の(2−2−3)と同じ方法によって細孔内の有機物を除去してメソポーラスシリカ膜15とする。得られた膜の透過電子顕微鏡分析から、本実施例で作製したメソポーラスシリカ膜は、均一な径のシリンダー状のメソ孔がハニカム状に周期的に配置されていることが分かる。この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期6.0nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できる。膜厚は約500nmである。本工程で作製したメソポーラスシリカの屈折率は、エリプソメトリーにより1.22と求められる。
(12-2) Formation of mesoporous silica thin film A silica mesostructured film is formed on the optical glass substrate 14 by the same method as (1-1) to (1-2) of Example 1, and (2- Organic matter in the pores is removed by the same method as in 2-3) to obtain the mesoporous silica film 15. From the transmission electron microscope analysis of the obtained film, it can be seen that the mesoporous silica film produced in this example has cylinder-shaped mesopores of uniform diameter periodically arranged in a honeycomb shape. The periodic arrangement of mesopores in this film can be confirmed by confirming a diffraction peak corresponding to a structural period of 6.0 nm in X-ray diffraction analysis. The film thickness is about 500 nm. The refractive index of mesoporous silica produced in this step is determined to be 1.22 by ellipsometry.

(12−3)有機化合物による表面修飾
前記光学ガラス基板上に形成した、上記のメソポーラスシリカ膜上に、トリメチルクロロシランを滴下し、回転数2000rpmで30秒間スピンコートを行った。その後エタノールで基板を洗浄した。本処理の前後において赤外吸収スペクトルを比較すると、処理後は孤立シラノール基(Si−OH)に対応する3740cm−1の吸収ピークが処理前に比べて減少し、メチル基(−CH)に対応する2960cm−1の吸収ピークが観測された。また、エックス線光電子分光法により、メソポーラスシリカ膜の深さ方向における組成分析を行ったところ、処理前には観測されなかった炭素原子が、処理後は光学ガラス基板との界面近傍に至るまで観測された。これらの事から、本処理により、メソポーラスシリカのメソ孔の表面(外部表面も含む)がトリメチルシリル基で終端された事が確認できた。
(12-3) Surface Modification with Organic Compound Trimethylchlorosilane was dropped onto the mesoporous silica film formed on the optical glass substrate, and spin coating was performed at a rotational speed of 2000 rpm for 30 seconds. Thereafter, the substrate was washed with ethanol. Comparing the infrared absorption spectra before and after this treatment, after the treatment, the absorption peak at 3740 cm −1 corresponding to the isolated silanol group (Si—OH) is decreased compared with that before the treatment, and the methyl group (—CH 3 ) is observed. A corresponding 2960 cm −1 absorption peak was observed. In addition, when a composition analysis in the depth direction of the mesoporous silica film was performed by X-ray photoelectron spectroscopy, carbon atoms that were not observed before the treatment were observed up to the vicinity of the interface with the optical glass substrate after the treatment. It was. From these things, it was confirmed that the surface of the mesoporous mesoporous silica (including the external surface) was terminated with a trimethylsilyl group by this treatment.

(12−4)プラズマエッチング
上記表面処理を施したメソポーラスシリカ膜に、実施例1〜11で用いたのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを施す。
反応性ガス:C
ガス流量:20sccm
圧力 :3Pa
ICPパワー:500W
Biasパワー:50W
エッチング時間:90秒間
プラズマエッチング後のメソポーラスシリカ膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、複数の微細な凸部を有する微細構造体が得られた。微細構造体の走査電子顕微鏡写真を図15(a)(断面写真)、および図15(b)(基板チルト角75度で撮影した表面像)に示した。本プラズマエッチングにより、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=320nm、Θ=20度、p=D=70nm、T=200nm、H/D=4.6となるような凸部を表面に有する微細構造体が得られた。ここで、凸部の密度は5.2×1010個/cmと見積もられた。凸部の間隔の分布はσ=30nmの正規分布であり、σ/pは0.42である。このことから、メソポーラスシリカ膜のプラズマ処理を施す前に有機物で表面修飾を行うことで、飛躍的に形成される凸部のアスペクト比を向上させることができることが示された。
(12-4) Plasma etching Plasma etching is performed on the mesoporous silica film subjected to the above surface treatment under the following conditions using the same ICP type plasma etching apparatus as used in Examples 1-11.
Reactive gas: C 3 F 8
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 3Pa
ICP power: 500W
Bias power: 50W
Etching time: 90 seconds On the surface of the mesoporous silica film after plasma etching, a plurality of conical convex portions were formed adjacent to each other, and a microstructure having a plurality of fine convex portions was obtained. Scanning electron micrographs of the microstructure are shown in FIG. 15A (cross-sectional photograph) and FIG. 15B (surface image taken at a substrate tilt angle of 75 degrees). By this plasma etching, the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 320 nm, Θ = 20 degrees, p = D = 70 nm, T = 200 nm, and H / D = 4.6, respectively. A fine structure having such convex portions on the surface was obtained. Here, the density of the convex portions was estimated to be 5.2 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the interval between the convex portions is a normal distribution with σ = 30 nm, and σ / p is 0.42. From this, it was shown that the aspect ratio of the convex part formed dramatically can be improved by surface modification with an organic substance before the plasma treatment of the mesoporous silica film.

プラズマエッチング後の微細構造体について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が、光学ガラス基板との界面近傍に至るまで含有されていることが明らかとなり、その量はF/Si原子比率で平均約50%という値であった。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からフッ素原子はSi原子と結合して存在している事が確かめられる。この事は、フッ素をメソポーラスシリカ膜内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。この様な構造体は、Arガスを用いたプラズマエッチングでは形成することはできなかった。   About the microstructure after plasma etching, composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy revealed that fluorine atoms were contained up to the vicinity of the interface with the optical glass substrate, The amount was an average value of about 50% in terms of F / Si atomic ratio. In addition, it is confirmed from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy that fluorine atoms are present in combination with Si atoms. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in the mesoporous silica film. Such a structure could not be formed by plasma etching using Ar gas.

(12−5)メソ孔内への無機材料導入
上記の工程で作製したメソポーラスシリカより形成される構造体のメソ孔中に、続いてチタニアを導入する。チタニアの導入は、実施例7の(7−4)で用いたのと同じ減圧CVD装置を用い、(7−4)で用いたのと同じ条件で行った。7時間後に真空容器内から基板を取り出して、エックス線光電子分光法により、微細構造体の表面から基板界面方向へと深さ方向分析を行うと、微細構造体表面から基板界面近傍まで均一にTi原子が導入されていることがわかり、Ti原子は、Ti/Si原子比率で73%程度導入されていることがわかる。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からTi原子はTiO2として存在している事が確認できる。このチタニアの導入量を細孔充填率に換算すると約60%となった。
(12-5) Inorganic material introduction into mesopores Subsequently, titania is introduced into the mesopores of the structure formed from the mesoporous silica produced in the above step. The introduction of titania was performed under the same conditions as used in (7-4) using the same reduced pressure CVD apparatus as used in (7-4) of Example 7. After 7 hours, the substrate is taken out from the vacuum chamber and analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy in the depth direction from the surface of the microstructure to the substrate interface. It can be seen that Ti is introduced and about 73% of Ti atoms are introduced at a Ti / Si atomic ratio. In addition, it can confirm that Ti atom exists as TiO2 from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy analysis. The amount of titania introduced was converted to a pore filling rate of about 60%.

この導入量は、実施例7で達成された導入量とほぼ同じであり、チタニア導入後の本発明の構造体の屈折率は約1.6となり、これは、使用した光学ガラス基板の屈折率にほぼ等しい。以上述べたように、本工程によって、メソポーラスシリカから構成される本発明の複数の凸部を有する構造体の屈折率を、チタニアの導入によって、基板の屈折率1.6にマッチングできることが示される。   This introduction amount is substantially the same as the introduction amount achieved in Example 7, and the refractive index of the structure of the present invention after the introduction of titania is about 1.6, which is the refractive index of the optical glass substrate used. Is almost equal to As described above, this process shows that the refractive index of the structure having a plurality of convex portions of the present invention composed of mesoporous silica can be matched with the refractive index 1.6 of the substrate by introducing titania. .

(12−6)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入したメソポーラスシリカから構成される本発明の構造体を形成した、光学ガラスの反射率は0.3%と求められた。比較として反射防止構造を設けない、本実施例で使用した光学ガラス基板の反射率を同様な方法で測定すると5%であり、本実施例で作製した反射防止構造により反射率が大幅に低減されている事が確認された。本実施例で作製した構造体を形成した光学ガラス基板と、表面にコーティングを施していない光学ガラス基板の反射率の波長依存性を図16に示す。本実施例に示すように、光学ガラス基板上のメソポーラスシリカ膜に、有機修飾を施した後にプラズマエッチングを施すことによって、形成される凸部のアスペクト比を大きく向上させることができ、その細孔内にチタニアを、量を制御して導入し、基板と構造体の屈折率マッチングをとることによって、非常に低い反射率を実現できることが示された。
(12-6) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is calculated, the reflectance of the optical glass formed with the structure of the present invention composed of mesoporous silica with titania introduced into the pores, prepared in this example. Was determined to be 0.3%. For comparison, the reflectance of the optical glass substrate used in this example without an antireflection structure is 5% when measured by the same method. The reflectance is greatly reduced by the antireflection structure produced in this example. It was confirmed that FIG. 16 shows the wavelength dependency of the reflectance of the optical glass substrate on which the structure manufactured in this example is formed and the optical glass substrate on which the surface is not coated. As shown in this example, the mesoporous silica film on the optical glass substrate is subjected to organic modification and then subjected to plasma etching, so that the aspect ratio of the convex portions to be formed can be greatly improved. It was shown that a very low reflectance can be realized by introducing titania in a controlled amount and matching the refractive index of the substrate and the structure.

(実施例13)
実施例13では、石英基板上に成膜したメソポーラスシリカ膜に、有機化物の修飾を施した後にプラズマエッチングを行い、アスペクト比の高い、複数の微細な凸部を有する構造体を形成し、さらにメソ孔内にシリカを導入することにより、構造体と石英ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。本実施例の構造体は、図1において、基板14が石英ガラス、11、15、及び凸部12がメソ孔内にシリカを形成したメソポーラスシリカである。
(Example 13)
In Example 13, a mesoporous silica film formed on a quartz substrate is modified with an organic compound and then subjected to plasma etching to form a structure having a plurality of fine protrusions with a high aspect ratio, An example will be described in which silica is introduced into the mesopores to match the refractive index of the structure and the quartz glass substrate to obtain an optical member having antireflection ability. In FIG. 1, the structure of this example is a mesoporous silica in which the substrate 14 is quartz glass, 11, 15, and the projections 12 are formed in the mesopores.

(13−1)基板準備
基板14として石英ガラス基板を準備する。
(13-1) Substrate Preparation A quartz glass substrate is prepared as the substrate 14.

(13−2)メソポーラスシリカ薄膜形成
実施例12の(12−1)から(12−2)と同じ方法で、実質的に実施例12で作製したものと同じ構造のメソポーラスシリカ膜を作製する。
(13-2) Formation of mesoporous silica thin film A mesoporous silica film having substantially the same structure as that produced in Example 12 is produced in the same manner as in (12-1) to (12-2) of Example 12.

(13−3)有機化合物による表面修飾
実施例12の(12−3)と同じ工程で、同様の有機修飾を施す。
(13-3) Surface modification with organic compound The same organic modification is applied in the same step as (12-3) of Example 12.

(13−4)プラズマエッチング
実施例12の(12−4)と同じ装置、同じ条件で、実質的に実施例12で作製した構造体と同一の構造体を作製する。
(13-4) Plasma Etching Using the same apparatus and the same conditions as in Example 12 (12-4), a structure substantially identical to the structure manufactured in Example 12 is produced.

(13−5)メソ孔内への無機材料導入
上記の工程において作製した、複数の凸部を有する構造体を形成した基板を、容積70mlのオートクレーブ中に配置し、容器内にTMOS3mlを入れた後密閉し、50℃において2時間TMOSの蒸気に暴露させる処理を行い、この処理に続いて大気中350℃で4時間焼成を行い、メソポーラスシリカのメソ孔中にシリカが導入された構造を形成する。
(13-5) Inorganic material introduction into mesopores The substrate formed in the above process and having a structure having a plurality of convex portions was placed in an autoclave having a volume of 70 ml, and 3 ml of TMOS was placed in the container. After sealing, it was exposed to TMOS vapor for 2 hours at 50 ° C, followed by firing for 4 hours at 350 ° C in the atmosphere to form a structure in which silica was introduced into the mesopores of mesoporous silica. To do.

(13−6)反射率測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入したメソポーラスシリカから構成される本発明の構造体を形成した、石英ガラスの反射率は0.5%と求められる。比較として反射防止構造を設けない、本実施例で使用した石英ガラス基板の反射率を同様な方法で測定すると5%であり、本実施例で作製した反射防止構造により反射率が大幅に低減されている事が確認される。本実施例に示すように、石英ガラス基板上のメソポーラスシリカ膜に、有機修飾を施した後にプラズマエッチングを施すことによって、形成される凸部のアスペクト比を大きく向上させることができ、その細孔内にシリカを、量を制御して導入し、基板と構造体の屈折率マッチングをとることによって、非常に低い反射率を実現できることが示される。
(13-6) Reflectance measurement The reflectance is measured by the same method as (1-4) in Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is calculated, the reflectance of the quartz glass formed with the structure of the present invention composed of mesoporous silica with titania introduced into the pores, produced in this example. Is required to be 0.5%. For comparison, the reflectance of the quartz glass substrate used in this example without providing an antireflection structure is 5% when measured by the same method, and the reflectance is greatly reduced by the antireflection structure produced in this example. It is confirmed that As shown in this example, the mesoporous silica film on the quartz glass substrate is organically modified and then subjected to plasma etching, so that the aspect ratio of the formed convex portion can be greatly improved, and the pores It is shown that a very low reflectance can be realized by introducing silica in a controlled amount and taking a refractive index matching between the substrate and the structure.

(実施例14)
実施例14では、石英基板上に膜厚の大きなメソポーラスシリカ膜を作製し、実施例12、13と同様のプラズマエッチングを行うことでアスペクト比の大きな複数の凸部を有する構造体を作製した例について記載する。
(Example 14)
In Example 14, a mesoporous silica film having a large film thickness was produced on a quartz substrate, and a structure having a plurality of convex portions having a large aspect ratio was produced by performing plasma etching similar to Examples 12 and 13. Is described.

(14−1)基板上へのメソポーラスシリカ膜の形成
実施例1の(1−1)から(1−2)と同じ方法で、石英ガラス基板上にシリカメソ構造体膜を形成し、完全に乾燥、固化させた後、もう一度(1−2)の工程を繰り返し、膜厚約1000nmのシリカメソ構造体膜を得る。この後、実施例2の(2−2−3)と同じ方法によって細孔内の有機物を除去してメソポーラスシリカ膜とする。得られた膜の透過電子顕微鏡分析から、本実施例で作製したメソポーラスシリカ膜は、均一な径のシリンダー状のメソ孔がハニカム状に周期的に配置されていることが分かる。この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期6.0nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できる。
(14-1) Formation of Mesoporous Silica Film on Substrate A silica mesostructured film is formed on a quartz glass substrate by the same method as (1-1) to (1-2) in Example 1, and completely dried. After solidifying, the step (1-2) is repeated once more to obtain a silica mesostructured film having a film thickness of about 1000 nm. Thereafter, organic substances in the pores are removed by the same method as (2-2-3) in Example 2 to obtain a mesoporous silica film. From the transmission electron microscope analysis of the obtained film, it can be seen that the mesoporous silica film produced in this example has cylinder-shaped mesopores of uniform diameter periodically arranged in a honeycomb shape. The periodic arrangement of mesopores in this film can be confirmed by confirming a diffraction peak corresponding to a structural period of 6.0 nm in X-ray diffraction analysis.

(14−2)有機化合物による表面修飾
このメソポーラスシリカ膜に対して、実施例12の(12−3)と同じ工程で、トリメチルクロロシランを用いて有機修飾を施す。
(14-2) Surface modification with organic compound This mesoporous silica film is subjected to organic modification using trimethylchlorosilane in the same step as (12-3) of Example 12.

(14−3)プラズマエッチング
修飾後のメソポーラスシリカ膜に、実施例1〜13で用いたのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを施す。
反応性ガス:C
ガス流量:20sccm
圧力 :3Pa
ICPパワー:500W
Biasパワー:50W
エッチング時間:200秒間
プラズマエッチング後のメソポーラスシリカ膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=620nm、p=70nm、D=60nm、T=50nm、H/D=10.3となるような凸部を表面に有する微細構造体が得られる。ここで、凸部の密度は6.0×1010個/cmと見積もられた。各凸部の間隔の分布はσ=15nmの正規分布であり、σ/pは0.21である。
(14-3) Plasma Etching The modified mesoporous silica film is subjected to plasma etching under the following conditions using the same ICP type plasma etching apparatus as used in Examples 1-13.
Reactive gas: C 3 F 8
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 3Pa
ICP power: 500W
Bias power: 50W
Etching time: 200 seconds On the surface of the mesoporous silica film after plasma etching, a plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other, and the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. A microstructure having a convex portion on the surface such that 620 nm, p = 70 nm, D = 60 nm, T = 50 nm, and H / D = 10.3 is obtained. Here, the density of the convex portions was estimated to be 6.0 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 15 nm, and σ / p is 0.21.

本実施例では、上記のように、初期のメソポーラスシリカ膜の膜厚を厚くし、有機修飾後にプラズマエッチングを施すことにより、凸部のアスペクト比10以上の構造体を形成できることが示される。   In this example, as described above, it is shown that a structure having an aspect ratio of 10 or more of the convex portion can be formed by increasing the film thickness of the initial mesoporous silica film and performing plasma etching after organic modification.

(実施例15)
実施例15では、石英基板上に膜厚の大きなメソポーラスシリカ膜を作製し、クロロトリブチルシランで表面を修飾した後に、実施例12、13と同様のプラズマエッチングを行うことでアスペクト比の大きな複数の凸部を有する構造体を作製した例について記載する。
(Example 15)
In Example 15, a large mesoporous silica film was prepared on a quartz substrate, the surface was modified with chlorotributylsilane, and then plasma etching similar to that in Examples 12 and 13 was performed, whereby a plurality of large aspect ratios were obtained. An example in which a structure having a convex portion is manufactured will be described.

(15−1)基板上へのメソポーラスシリカ膜の形成
実施例14の(14−1)と同じ工程によって、石英基板上に膜厚約1000nmのシリカメソ構造体膜を形成した後、同様の工程で細孔内有機物を除去してメソポーラスシリカ膜とする。本実施例で作製したメソポ−ラスシリカ膜は、実質的に実施例14で作製したメソポーラスシリカ膜と同一の構造である。
(15-1) Formation of Mesoporous Silica Film on Substrate After a silica mesostructure film having a film thickness of about 1000 nm is formed on a quartz substrate by the same process as (14-1) of Example 14, the same process is performed. Organic substances in the pores are removed to obtain a mesoporous silica film. The mesoporous silica film produced in this example has substantially the same structure as the mesoporous silica film produced in Example 14.

(15−2)有機化合物による表面修飾
石英ガラス基板上に形成した、上記のメソポーラスシリカ膜上に、トリブチルクロロシランを滴下し、回転数2000rpmで30秒間スピンコートを行い、その後エタノールで基板を洗浄する。メソポーラスシリカのメソ孔の表面(外部表面も含む)のトリメチルシリル基による終端は、実施例12と同様、赤外吸収スペクトルにより確認される。
(15-2) Surface modification with organic compound Tributylchlorosilane is dropped on the above mesoporous silica film formed on a quartz glass substrate, spin-coated at a rotational speed of 2000 rpm for 30 seconds, and then the substrate is washed with ethanol. . The termination by the trimethylsilyl group on the surface of the mesoporous silica (including the external surface) of the mesoporous silica is confirmed by the infrared absorption spectrum as in Example 12.

(15−3)プラズマエッチング
修飾後のメソポーラスシリカ膜に、実施例1〜14で用いたのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを施す。
反応性ガス:C
ガス流量:20sccm
圧力 :3Pa
ICPパワー:500W
Biasパワー:50W
エッチング時間:220秒間
プラズマエッチング後のメソポーラスシリカ膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=550nm、p=90nm、D=90nm、T=50nm、H/D=6.1となるような凸部を表面に有する微細構造体が得られる。ここで、凸部の密度は6.0×1010個/cmと見積もられた。各凸部の間隔の分布はσ=15nmの正規分布であり、σ/pは0.21である。
(15-3) Plasma Etching The modified mesoporous silica film is subjected to plasma etching under the following conditions using the same ICP type plasma etching apparatus as used in Examples 1-14.
Reactive gas: C 3 F 8
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 3Pa
ICP power: 500W
Bias power: 50W
Etching time: 220 seconds On the surface of the mesoporous silica film after plasma etching, a plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other, and the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. A microstructure having a convex portion on the surface such that 550 nm, p = 90 nm, D = 90 nm, T = 50 nm, and H / D = 6.1 is obtained. Here, the density of the convex portions was estimated to be 6.0 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 15 nm, and σ / p is 0.21.

本実施例によって、上記のように、トリメチルクロロシラン以外の有機物を用いて有機修飾した場合でも、メソポーラスシリカ膜へのプラズマエッチングによって形成される微細な凸部のアスペクト比を大きくすることができることが示される。   This example shows that the aspect ratio of fine protrusions formed by plasma etching on a mesoporous silica film can be increased even when organically modified with an organic substance other than trimethylchlorosilane as described above. It is.

(実施例16)
実施例16では、光学ガラス基板上に細孔構造の異なるメソポーラスシリカ膜を積層して成膜し、複数の微細な凸部を有する構造体を形成した後、メソ孔内にチタニアを導入することにより、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。本実施例の構成では、メソ孔へのチタニアの充填率が、前記凸部の底部から先端に向かう方向に小さくなっており、その結果、Ti/Siの比が、当該方向に小さくなっている。本実施例で作製される構造体の構成は、実施例7で作製した構造体の構成に類似しているが、実施例7では単一構造のメソポーラスシリカ膜を使用しているのに対し、本実施例では、構造の異なるメソポーラスシリカ膜を積層して使用している点が異なる。
(Example 16)
In Example 16, a mesoporous silica film having a different pore structure is laminated on an optical glass substrate to form a structure having a plurality of fine protrusions, and then titania is introduced into the mesopores. Thus, an example in which the refractive index of the structure and the optical glass substrate is matched to obtain an optical member having antireflection ability will be described. In the configuration of the present example, the filling rate of titania into the mesopores decreases in the direction from the bottom to the tip of the convex portion, and as a result, the Ti / Si ratio decreases in the direction. . The structure of the structure manufactured in this example is similar to the structure of the structure manufactured in Example 7, but in Example 7, a single-structure mesoporous silica film is used. The present embodiment is different in that mesoporous silica films having different structures are laminated and used.

本実施例の構造体は、図1において、基板14が光学ガラス、11、15、及び凸部12がメソ孔内にチタニアを形成した、異なる細孔構造の層が積層されたメソポーラスシリカである。   In FIG. 1, the structure of this example is mesoporous silica in which a substrate 14 is optical glass, 11 and 15, and convex portions 12 are formed with titania in mesopores and layers of different pore structures are laminated. .

(16−1)基板準備
基板14として石英ガラス基板を準備する。
(16-1) Substrate Preparation A quartz glass substrate is prepared as the substrate 14.

(16−2)メソポーラスシリカ薄膜形成
(16−2−1)第1のシリカメソ構造体膜作製
実施例1の(1−2−1)の手順に従って第1のシリカメソ構造体膜用の前駆体溶液を調整する。溶液組成は、実施例1に記載したものよりもエタノール濃度の高い、下記の組成(モル比)とする。テトラエトキシシラン:1.0、HCl:0.0011、水:6.1エタノール:29.0、ブロックポリマー:0.0096。エタノールを多くしたのは、第1のシリカメソ構造体の膜厚を薄くするためである。この溶液を用いて、前記石英ガラス基板上に、実施例1と同じ条件のディップコーティングにより、第1のシリカメソ構造体膜を作製する。膜厚は90nmと求められる。この第1のシリカメソ構造体膜は、膜厚以外は、実施例1で作製したシリカメソ構造体膜と同じ、均一な径のシリンダー状のメソ孔が、ハニカム状に周期的に配置されている構造を有するものであることが、走査電子顕微鏡観察により明らかで、また、この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期8.0nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できる。
(16-2) Formation of mesoporous silica thin film (16-2-1) Preparation of first silica mesostructure film Precursor solution for first silica mesostructure film according to the procedure of (1-2-1) of Example 1 Adjust. The solution composition is the following composition (molar ratio) having a higher ethanol concentration than that described in Example 1. Tetraethoxysilane: 1.0, HCl: 0.0011, water: 6.1 ethanol: 29.0, block polymer: 0.0096. The reason for increasing the amount of ethanol is to reduce the thickness of the first silica mesostructure. Using this solution, a first silica mesostructured film is produced on the quartz glass substrate by dip coating under the same conditions as in Example 1. The film thickness is required to be 90 nm. The first silica mesostructured film has the same structure as the silica mesostructured film produced in Example 1 except for the film thickness, and has a structure in which cylindrical mesopores having a uniform diameter are periodically arranged in a honeycomb shape. It is clear by observation with a scanning electron microscope that the periodic arrangement of mesopores in this film confirms a diffraction peak corresponding to a structural period of 8.0 nm in X-ray diffraction analysis. You can confirm that you can.

(16−2−2)第2のシリカメソ構造体膜作製
上記のプロセスで作製した第1のシリカメソ構造体膜中のシリカの固化が十分に進行した段階で、上記第1のシリカメソ構造体膜上に、構造の異なる第2のシリカメソ構造体膜を作製する。この作製も基本的に実施例(1−2−1)と同じであるが、溶液組成(モル比)を以下のようにする。テトラエトキシシラン:1.0、HCl:0.0011、水:6.1エタノール:10.0、ブロックポリマー:0.0096、エチレングリコール:0.067。エチレングリコールの添加により、形成されるシリカメソ構造体膜中のメソ孔の周期的配列が失われることは、本発明者らが既に見出している。この溶液を用いて、前記第1のシリカメソ構造体膜を形成した石英ガラス基板上に、実施例1と同じ条件のディップコーティングにより、第2のシリカメソ構造体膜を作製する。膜厚は400nmと求められる。
(16-2-2) Production of second silica mesostructured film On the first silica mesostructured film when the solidification of the silica in the first silica mesostructured film produced by the above process has sufficiently progressed. Second, a second silica mesostructured film having a different structure is produced. This production is also basically the same as in Example (1-2-1), but the solution composition (molar ratio) is as follows. Tetraethoxysilane: 1.0, HCl: 0.0011, water: 6.1 ethanol: 10.0, block polymer: 0.0096, ethylene glycol: 0.067. The inventors have already found that the periodic arrangement of mesopores in the silica mesostructured film formed is lost by the addition of ethylene glycol. Using this solution, a second silica mesostructure film is produced on the quartz glass substrate on which the first silica mesostructure film is formed by dip coating under the same conditions as in Example 1. The film thickness is required to be 400 nm.

(16−2−3)多孔質化
実施例2の(2−2−3)と同じ方法によって細孔内の有機物を除去してメソポーラスシリカ膜とする。
(16-2-3) Making Porous An organic substance in the pores is removed by the same method as (2-2-3) in Example 2 to obtain a mesoporous silica film.

(16−3)プラズマエッチング
上記の工程で作製した、2層構成のメソポーラスシリカ膜に、実施例1〜11で用いたのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを施す。
反応性ガス:SF
ガス流量:20sccm
圧力 :3Pa
ICPパワー:100W
Biasパワー:100W
エッチング時間:2分間
プラズマエッチング後のメソポーラスシリカ膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、複数の微細な凸部を有する微細構造体が得られた。本プラズマエッチングにより、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=60nm、Θ=30度、p=D=50nm、T=60nm、H/D=1.2となるような複数の凸部を表面に有する微細構造体が得られた。ここで、凸部の密度は5.0×1010個/cmと見積もられた。凸部の間隔の分布はσ=14nmの正規分布であり、σ/pは0.28である。基板界面から凸部の先端までの平均距離は約120nmであり、このことは、形成された構造体中の凸部は、先端に近い側半分程度が第2のメソポーラスシリカの構造を、根元に近い側半分程度が第1のメソポーラスシリカの構造を有するということを示している。プラズマエッチング後の微細構造体について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が、光学ガラス基板との界面近傍に至るまで含有されていることが明らかとなり、その量はSi原子比率で平均約50%という値であった。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からフッ素原子はSi原子と結合して存在している事が確かめられる。この事は、フッ素をメソポーラスシリカ膜内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。
(16-3) Plasma Etching Using the same ICP type plasma etching apparatus as used in Examples 1 to 11 for the two-layered mesoporous silica film produced in the above process, plasma etching was performed under the following conditions. Apply.
Reactive gas: SF 6
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 3Pa
ICP power: 100W
Bias power: 100W
Etching time: 2 minutes A plurality of conical convex portions were formed adjacent to each other on the surface of the mesoporous silica film after plasma etching, and a fine structure having a plurality of fine convex portions was obtained. By this plasma etching, the average values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 60 nm, Θ = 30 degrees, p = D = 50 nm, T = 60 nm, and H / D = 1.2, respectively. A microstructure having such a plurality of convex portions on the surface was obtained. Here, the density of the convex portions was estimated to be 5.0 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 14 nm, and σ / p is 0.28. The average distance from the substrate interface to the tip of the convex part is about 120 nm. This means that the convex part in the formed structure is based on the structure of the second mesoporous silica on the side half near the tip. It shows that the near side half has the structure of the first mesoporous silica. About the microstructure after plasma etching, composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy revealed that fluorine atoms were contained up to the vicinity of the interface with the optical glass substrate, The amount was an average value of about 50% in terms of Si atomic ratio. In addition, it is confirmed from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy that fluorine atoms are present in combination with Si atoms. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in the mesoporous silica film.

(16−4)細孔内への無機材料導入
上記の工程で作製したメソポーラスシリカより形成される構造体のメソ孔中に、続いてチタニアを導入する。チタニアの導入は、実施例7の(7−4)で用いたのと同じ減圧CVD装置を用い、(7−4)で用いたのと同じ条件で行った。7時間後に真空容器内から基板を取り出して、エックス線光電子分光法により、微細構造体の表面から基板界面方向へと深さ方向分析を行うと、表面近傍ではTi/Si比は約0.65、基板近傍ではTi/Si比は約0.73と求められ、表面近傍ではTiの相対比率が10%程度小さいことがわかる。この深さ方向分析は、イオンスパッタリングを繰り返し行い、その度に光電子スペクトルを測定することによって行う。この差は、凸部の先端側半分に形成されている、メソ孔の構造周期性が乱れた第2のメソポーラスシリカ膜の細孔中には、凸部の基板側半分に形成されている、メソ孔の構造周期性を有する第1のメソポーラスシリカ膜の細孔中に比較して、チタニアが導入されにくいことを示す。実際に、第1のメソポーラスシリカ膜の細孔中のチタニアの充填率は、第2のメソポーラスシリカ膜の細孔中における充填率よりも低いことが、透過電子顕微鏡観察によって確かめられる。これは、構造周期性の無い細孔構造の場合には、CVD工程において酸化チタンの前駆体が細孔内を拡散しにくいことに起因すると本発明者らは考察している。このTi/Si比0.65、0.73は、チタニアの充填率に換算するとそれぞれ55%、62%となる。
(16-4) Inorganic material introduction into pores Subsequently, titania is introduced into the mesopores of the structure formed from the mesoporous silica produced in the above step. The introduction of titania was performed under the same conditions as used in (7-4) using the same reduced pressure CVD apparatus as used in (7-4) of Example 7. After 7 hours, the substrate is taken out from the vacuum vessel and analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy in the depth direction from the surface of the microstructure to the substrate interface, and the Ti / Si ratio is about 0.65 near the surface. The Ti / Si ratio is determined to be about 0.73 in the vicinity of the substrate, and it can be seen that the relative ratio of Ti is about 10% smaller in the vicinity of the surface. This depth direction analysis is performed by repeatedly performing ion sputtering and measuring the photoelectron spectrum each time. This difference is formed in the half of the convex portion on the substrate side in the pores of the second mesoporous silica film in which the structural periodicity of the mesopores is disturbed. This indicates that titania is less likely to be introduced compared to the pores of the first mesoporous silica film having mesopore structure periodicity. Actually, it is confirmed by observation with a transmission electron microscope that the filling rate of titania in the pores of the first mesoporous silica film is lower than the filling rate in the pores of the second mesoporous silica film. The present inventors consider that this is because, in the case of a pore structure having no structural periodicity, the precursor of titanium oxide hardly diffuses in the pores in the CVD process. The Ti / Si ratios 0.65 and 0.73 are 55% and 62%, respectively, in terms of titania filling rate.

以上述べたように、本実施例で作製した、複数の微細な凸部を有する構造体においては、メソ孔へのチタニアの充填率が、前記凸部の底部から先端に向かう方向に小さくなっており、その結果、Ti/Siの比が、当該方向に小さくなっていることが確認される。   As described above, in the structure having a plurality of fine protrusions manufactured in this example, the titania filling rate into the mesopores decreases in the direction from the bottom to the tip of the protrusion. As a result, it is confirmed that the Ti / Si ratio decreases in the direction.

(16−5)反射率測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入した、構造の異なる2層のメソポーラスシリカ膜から構成される本発明の構造体を形成した、石英ガラスの反射率は1.8%と求められる。この反射率は、実施例2において、単一の構造のメソポーラスシリカを用いて作製された、本実施例との同様の構造を有する構造体を形成した石英基板の反射率に比較して低く、本実施例において、本発明の構造体における凸部の中で、メソ孔へのチタニアの充填率を、前記凸部の底部から先端に向かう方向に小さくすることで、より反射防止効果を高めることができることが確認される。
(16-5) Reflectance measurement The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm was calculated, the structure of the present invention composed of two layers of mesoporous silica films having different structures, in which titania was introduced into the pores, prepared in this example. The reflectance of the formed quartz glass is required to be 1.8%. This reflectivity is lower than the reflectivity of the quartz substrate formed using the mesoporous silica having a single structure in Example 2 and having the structure having the same structure as that of this example. In this embodiment, the antireflection effect is further enhanced by reducing the filling rate of titania into the mesopores in the direction from the bottom to the tip of the protrusions in the structure of the present invention. Is confirmed.

(実施例17)
実施例16では、光学ガラス基板上に構造周期及(細孔径)の異なるメソポーラスシリカ膜を積層して成膜し、複数の微細な凸部を有する構造体を形成した後、メソ孔内にチタニアを導入することにより、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。本実施例の構成では、メソ孔へのチタニアの充填率が、前記凸部の底部から先端に向かう方向に小さくなっており、その結果、Ti/Siの比が、当該方向に小さくなっている。本実施例で作製される構造体の構成は、実施例16で作製した構造体の構成に類似しているが、実施例16では構造の異なるメソポーラスシリカ膜を積層して使用しているのに対し、本実施例では構造周期と細孔径が異なるメソポーラスシリカ膜を積層しているという点が異なる。
(Example 17)
In Example 16, a mesoporous silica film having a different structural period and (pore diameter) was laminated on an optical glass substrate to form a structure having a plurality of fine protrusions, and then titania in the mesopores. An example will be described in which the refractive index of the structure and the optical glass substrate is matched by introducing the optical member to obtain an optical member having antireflection ability. In the configuration of the present example, the filling rate of titania into the mesopores decreases in the direction from the bottom to the tip of the convex portion, and as a result, the Ti / Si ratio decreases in the direction. . The structure of the structure manufactured in this example is similar to the structure of the structure manufactured in Example 16, but in Example 16, mesoporous silica films having different structures are stacked and used. On the other hand, the present embodiment is different in that mesoporous silica films having different structure periods and pore diameters are laminated.

(17−1)基板準備
基板14として石英ガラス基板を準備する。
(17-1) Substrate Preparation A quartz glass substrate is prepared as the substrate 14.

(17−2)メソポーラスシリカ薄膜形成
(17−2−1)第1のシリカメソ構造体膜作製
実施例1の(1−2−1)の手順に従って第1のシリカメソ構造体膜用の前駆体溶液を調整する。ここでは、実施例1で使用したものとは異なる界面活性剤Brij56(商品名、Aldrich社製、=ポリオキシエチレン−10−セチルエーテル)を鋳型に用いる。この前駆体溶液は、2−プロパノール、0.01M塩酸、テトラエトキシシランを加え20分間混合した溶液にBrij56の2−プロパノール溶液を加え、3時間攪拌することで調製される。溶液の組成(モル比)は、テトラエトキシシラン:1.0、ブロックポリマー:0.080、2−プロパノール:25、塩酸:0.0011、水:6.1である。この溶液を用いて、前記石英ガラス基板上に、実施例1と同じ条件のディップコーティングにより、第1のシリカメソ構造体膜を作製する。膜厚は100nmと求められる。この第1のシリカメソ構造体膜中では、均一な径のシリンダー状のメソ孔が、ハニカム状に周期的に配置されている構造を有するものであることが、走査電子顕微鏡観察により明らかで、また、この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期5.0nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できる。
(17-2) Formation of mesoporous silica thin film (17-2-1) Preparation of first silica mesostructure film Precursor solution for first silica mesostructure film according to the procedure of (1-2-1) of Example 1 Adjust. Here, a surfactant Brij56 (trade name, manufactured by Aldrich, = polyoxyethylene-10-cetyl ether) different from that used in Example 1 is used as a template. This precursor solution is prepared by adding a 2-propanol solution of Brij56 to a solution obtained by adding 2-propanol, 0.01M hydrochloric acid and tetraethoxysilane and mixing for 20 minutes, and stirring for 3 hours. The composition (molar ratio) of the solution is tetraethoxysilane: 1.0, block polymer: 0.080, 2-propanol: 25, hydrochloric acid: 0.0011, and water: 6.1. Using this solution, a first silica mesostructured film is produced on the quartz glass substrate by dip coating under the same conditions as in Example 1. The film thickness is required to be 100 nm. In the first silica mesostructured film, it is clear by observation with a scanning electron microscope that cylindrical mesopores having a uniform diameter are periodically arranged in a honeycomb shape. The periodic arrangement of mesopores in this film can be confirmed by confirming a diffraction peak corresponding to a structural period of 5.0 nm in X-ray diffraction analysis.

(17−2−2)第2のシリカメソ構造体膜作製
上記のプロセスで作製した第1のシリカメソ構造体膜中のシリカの固化が十分に進行した段階で、上記第1のシリカメソ構造体膜上に、構造の異なる第2のシリカメソ構造体膜を作製する。実施例1の(1−2−1)の手順に従って第2のシリカメソ構造体膜用の前駆体溶液を調整する。溶液組成も、実施例1に記載したものと同一である。この溶液を用いて、前記第1のシリカメソ構造体膜を形成した石英ガラス基板上に、実施例1と同じ条件のディップコーティングにより、第2のシリカメソ構造体膜を作製する。膜厚は500nmと求められる。この第2のシリカメソ構造体膜は、実施例1で作製したシリカメソ構造体膜と同じ、均一な径のシリンダー状のメソ孔が、ハニカム状に周期的に配置されている構造を有するものであることが、走査電子顕微鏡観察により明らかで、また、この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期8.0nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できる。
(17-2-2) Production of second silica mesostructured film On the first silica mesostructured film when the solidification of silica in the first silica mesostructured film produced by the above process has sufficiently progressed. Second, a second silica mesostructured film having a different structure is produced. A precursor solution for the second silica mesostructured film is prepared according to the procedure of (1-2-1) of Example 1. The solution composition is also the same as that described in Example 1. Using this solution, a second silica mesostructure film is produced on the quartz glass substrate on which the first silica mesostructure film is formed by dip coating under the same conditions as in Example 1. The film thickness is required to be 500 nm. This second silica mesostructured film has the same structure as the silica mesostructured film prepared in Example 1, in which cylindrical mesopores having a uniform diameter are periodically arranged in a honeycomb shape. It is clear by observation with a scanning electron microscope, and the periodic arrangement of mesopores in this film can be confirmed by the fact that a diffraction peak corresponding to a structural period of 8.0 nm can be confirmed in X-ray diffraction analysis. .

(17−2−3)多孔質化
実施例2の(2−2−3)と同じ方法によって細孔内の有機物を除去してメソポーラスシリカ膜とする。
(17-2-3) Making Porous An organic substance in the pores is removed by the same method as (2-2-3) in Example 2 to obtain a mesoporous silica film.

(17−3)プラズマエッチング
上記の工程で作製した、2層構成のメソポーラスシリカ膜に、実施例1〜11で用いたのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを施す。この条件は、実施例16の条件と同一である。
反応性ガス:SF
ガス流量:20sccm
圧力 :3Pa
ICPパワー:100W
Biasパワー:100W
エッチング時間:2分間
プラズマエッチング後のメソポーラスシリカ膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、複数の微細な凸部を有する微細構造体が得られた。本プラズマエッチングにより、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=60nm、Θ=30度、p=D=50nm、T=70nm、H/D=1.2となるような複数の凸部を表面に有する微細構造体が得られた。ここで、凸部の密度は6.5×1010個/cmと見積もられた。凸部の間隔の分布はσ=16nmの正規分布であり、σ/pは0.30である。基板界面から凸部の先端までの平均距離は約130nmであり、このことは、形成された構造体中の凸部は、先端に近い側半分程度が構造周期の大きな第2のメソポーラスシリカの構造を、根元に近い側半分程度が構造周期の小さな第1のメソポーラスシリカの構造を有するということを示している。プラズマエッチング後の微細構造体について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が、光学ガラス基板との界面近傍に至るまで含有されていることが明らかとなり、その量はSi原子比率で平均約50%という値であった。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からフッ素原子はSi原子と結合して存在している事が確かめられる。この事は、フッ素をメソポーラスシリカ膜内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。
(17-3) Plasma Etching Using the same ICP type plasma etching apparatus as used in Examples 1 to 11 for the two-layered mesoporous silica film produced in the above process, plasma etching was performed under the following conditions. Apply. This condition is the same as that of Example 16.
Reactive gas: SF 6
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 3Pa
ICP power: 100W
Bias power: 100W
Etching time: 2 minutes A plurality of conical convex portions were formed adjacent to each other on the surface of the mesoporous silica film after plasma etching, and a fine structure having a plurality of fine convex portions was obtained. By this plasma etching, the average values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 60 nm, Θ = 30 degrees, p = D = 50 nm, T = 70 nm, and H / D = 1.2, respectively. A microstructure having such a plurality of convex portions on the surface was obtained. Here, the density of the convex portions was estimated to be 6.5 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 16 nm, and σ / p is 0.30. The average distance from the substrate interface to the tip of the convex portion is about 130 nm. This means that the convex portion in the formed structure has the structure of the second mesoporous silica having a large structural period on the side half near the tip. This indicates that about half of the side close to the root has the structure of the first mesoporous silica having a small structural period. About the microstructure after plasma etching, composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy revealed that fluorine atoms were contained up to the vicinity of the interface with the optical glass substrate, The amount was an average value of about 50% in terms of Si atomic ratio. In addition, it is confirmed from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy that fluorine atoms are present in combination with Si atoms. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in the mesoporous silica film.

(17−4)細孔内への無機材料導入
上記の工程で作製したメソポーラスシリカより形成される構造体のメソ孔中に、続いてチタニアを導入する。チタニアの導入は、実施例7の(7−4)で用いたのと同じ減圧CVD装置を用い、(7−4)で用いたのと同じ条件で行った。4時間後に真空容器内から基板を取り出して、エックス線光電子分光法により、微細構造体の表面から基板界面方向へと深さ方向分析を行うと、表面近傍ではTi/Si比は約0.65、基板近傍ではTi/Si比は約0.73と求められ、表面近傍ではTiの相対比率が10%程度小さいことがわかる。この深さ方向分析は、イオンスパッタリングを繰り返し行い、その度に光電子スペクトルを測定することによって行う。この差は、凸部の先端側半分に形成されている、メソ孔の構造周期性が大きな第2のメソポーラスシリカ膜の細孔中では、凸部の基板側半分に形成されている、メソ孔の構造周期性の小さな第1のメソポーラスシリカ膜の細孔中に比較して、チタニアの導入量が少ないことを示す。実際に、第1のメソポーラスシリカ膜の細孔中のチタニアの充填率は、第2のメソポーラスシリカ膜の細孔中における充填率よりも低いことが、透過電子顕微鏡観察によって確かめられる。これは、構造周期性の小さいメソポーラスシリカ膜のメソ孔の径は、構造周期性の大きいメソポーラスシリカ膜のメソ孔の径よりも小さいために、同じ分圧の酸化チタン前駆体蒸気中に置かれた場合に多くの前駆体が細孔中に導入されるためであると本発明者らは考察している。このTi/Si比0.65、0.73は、チタニアの充填率に換算するとそれぞれ、55%、62%となる。
(17-4) Introduction of inorganic material into pores Subsequently, titania is introduced into the mesopores of the structure formed from the mesoporous silica produced in the above step. The introduction of titania was performed under the same conditions as used in (7-4) using the same reduced pressure CVD apparatus as used in (7-4) of Example 7. After 4 hours, the substrate is taken out from the vacuum vessel, and by X-ray photoelectron spectroscopy, the depth direction analysis is performed from the surface of the fine structure to the substrate interface, and the Ti / Si ratio is about 0.65 in the vicinity of the surface. The Ti / Si ratio is determined to be about 0.73 in the vicinity of the substrate, and it can be seen that the relative ratio of Ti is about 10% smaller in the vicinity of the surface. This depth direction analysis is performed by repeatedly performing ion sputtering and measuring the photoelectron spectrum each time. This difference is that the mesopores formed in the half of the convex portion on the substrate side in the pores of the second mesoporous silica film having a large structural periodicity of the mesopores formed in the half on the tip side of the convex portion. This indicates that the amount of titania introduced is small compared to the pores of the first mesoporous silica film having a small structural periodicity. Actually, it is confirmed by observation with a transmission electron microscope that the filling rate of titania in the pores of the first mesoporous silica film is lower than the filling rate in the pores of the second mesoporous silica film. This is because the mesoporous silica film having a small structure periodicity has a smaller mesopore diameter than that of the mesoporous silica film having a large structural periodicity, and is therefore placed in the titanium oxide precursor vapor having the same partial pressure. The present inventors consider that this is because many precursors are introduced into the pores. The Ti / Si ratios 0.65 and 0.73 are 55% and 62%, respectively, in terms of titania filling rate.

以上述べたように、本実施例で作製した、複数の微細な凸部を有する構造体においては、メソ孔へのチタニアの充填率が、前記凸部の底部から先端に向かう方向に小さくなっており、その結果、Ti/Siの比が、当該方向に小さくなっていることが確認される。   As described above, in the structure having a plurality of fine protrusions manufactured in this example, the titania filling rate into the mesopores decreases in the direction from the bottom to the tip of the protrusion. As a result, it is confirmed that the Ti / Si ratio decreases in the direction.

(17−5)反射率測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入した、構造周期の異なる2層のメソポーラスシリカ膜から構成される本発明の構造体を形成した、石英ガラスの反射率は1.8%と求められる。この反射率は、実施例2において、単一の構造のメソポーラスシリカを用いて作製された、本実施例との同様の構造を有する構造体を形成した石英基板の反射率に比較して低く、本実施例において、本発明の構造体における凸部の中で、メソ孔へのチタニアの充填率を、前記凸部の底部から先端に向かう方向に小さくすることで、より反射防止効果を高めることができることが確認される。
(17-5) Reflectance measurement The reflectance is measured by the same method as (1-4) in Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is calculated, the structure of the present invention composed of two layers of mesoporous silica films with different structural periods and having titania introduced into the pores, produced in this example The reflectance of the quartz glass formed with the above is required to be 1.8%. This reflectivity is lower than the reflectivity of the quartz substrate formed using the mesoporous silica having a single structure in Example 2 and having the structure having the same structure as that of this example. In this embodiment, the antireflection effect is further enhanced by reducing the filling rate of titania into the mesopores in the direction from the bottom to the tip of the protrusions in the structure of the present invention. Is confirmed.

(実施例18)
実施例18では、単一構造を有するメソポーラスシリカ膜に、複数の微細な凹凸を形成した後に、基板の屈折率とのマッチングをとるために、メソ孔内にチタニアを、量をコントロールして均一に導入した後に、エッチングによって部分的に細孔中のチタニアを除去することによって、メソ孔へのチタニアの充填率が、前記凸部の底部から先端に向かう方向に小さくなっており、その結果、Ti/Siの比が、当該方向に小さくなっている構造を形成し、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。
(Example 18)
In Example 18, after a plurality of fine irregularities were formed on a mesoporous silica film having a single structure, titania was uniformly controlled in the mesopores in order to match the refractive index of the substrate. After removing the titania in the pores partially by etching, the filling rate of titania into the mesopores is reduced in the direction from the bottom to the tip of the convex portion, and as a result, An example will be described in which a structure in which the ratio of Ti / Si is reduced in the direction is formed as an optical member having antireflection ability.

(18−1)基板準備
基板14として屈折率1.6の光学ガラス基板を準備する。
(18-1) Substrate Preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.6 is prepared as the substrate 14.

(18−2)メソポーラスシリカ薄膜形成
実施例1の(1−1)から(1−2)と同じ方法で、光学ガラス基板14上にシリカメソ構造体膜を形成し、実施例2の(2−2−3)と同じ方法によって細孔内の有機物を除去してメソポーラスシリカ膜15とする。得られた膜の透過電子顕微鏡分析から、本実施例で作製したメソポーラスシリカ膜は、均一な径のシリンダー状のメソ孔がハニカム状に周期的に配置されていることが分かる。この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期6.0nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できる。膜厚は約500nmである。本工程で作製したメソポーラスシリカの屈折率は、エリプソメトリーにより1.22と求められる。
(18-2) Formation of mesoporous silica thin film A silica mesostructured film is formed on the optical glass substrate 14 by the same method as (1-1) to (1-2) of Example 1, and (2- Organic matter in the pores is removed by the same method as in 2-3) to obtain the mesoporous silica film 15. From the transmission electron microscope analysis of the obtained film, it can be seen that the mesoporous silica film produced in this example has cylinder-shaped mesopores of uniform diameter periodically arranged in a honeycomb shape. The periodic arrangement of mesopores in this film can be confirmed by confirming a diffraction peak corresponding to a structural period of 6.0 nm in X-ray diffraction analysis. The film thickness is about 500 nm. The refractive index of mesoporous silica produced in this step is determined to be 1.22 by ellipsometry.

(18−3)
実施例7の(7−3)と同じ工程により、上記メソポーラスシリカ膜にプラズマエッチングを施し、複数の微細な凸部を有する構造体を形成する。形成された構造体の形状は、実施例7で得られたものと実質的に同じである。
(18-3)
By the same process as (7-3) of Example 7, the mesoporous silica film is subjected to plasma etching to form a structure having a plurality of fine protrusions. The shape of the formed structure is substantially the same as that obtained in Example 7.

(18−4)メソ孔内への無機材料導入
実施例7の(7−4)と同じ工程により、上記構造体のメソ孔中にチタニアを導入する。細孔中へのチタニアの導入量は、実施例7と実質的に同一である。本工程によって、メソポーラスシリカから構成される本発明の複数の凸部を有する構造体の屈折率を、基板の屈折率と同じ1.6にマッチングできることが示される。
(18-4) Inorganic material introduction into mesopores By the same process as (7-4) of Example 7, titania is introduced into the mesopores of the structure. The amount of titania introduced into the pores is substantially the same as in Example 7. This step shows that the refractive index of the structure having a plurality of convex portions of the present invention composed of mesoporous silica can be matched to 1.6, which is the same as the refractive index of the substrate.

(18−5)エッチングによる無機材料充填率の分布形成
上記の、メソ孔中にチタニアを導入したメソポーラスシリカから構成される、複数の微細な凸部を有する構造体に対して、チタニアの部分的なウェットエッチングによる除去を施し、構造体の凸部の先端側におけるチタニアの充填率を低下させる。濃度20%のアンモニア水、濃度20%の過酸化水素水を1:1の容量比で混合し、全体として所定の濃度となる様に水で稀釈してエッチング液を調整し、このエッチング液中に、上記の工程(18−4)で作製した、メソ孔内にチタニアを含む構造体を形成した光学ガラス基板を、室温で5分間浸漬させ、チタニアのエッチングを行う。このエッチング液ではシリカおよび光学ガラス基板はエッチングされず、チタニアが選択的にエッチングされる。微細構造体の先端付近では底部に比較してメソ孔が短いためにチタニアが溶出しやすく、本工程によって微細構造体の底部から先端部にかけてチタニアの充填率が小さくなる構造を形成することが可能である。この充填率の分布は、透過電子顕微鏡観察によって確かめられる。
(18-5) Inorganic material filling rate distribution formation by etching In contrast to the structure having a plurality of fine protrusions composed of mesoporous silica in which titania is introduced into the mesopores, partial titania The wet etching is performed to reduce the filling rate of titania on the tip side of the convex portion of the structure. A 20% ammonia water solution and a 20% hydrogen peroxide solution were mixed at a volume ratio of 1: 1, and diluted with water to adjust the etching solution to a predetermined concentration as a whole. Next, the optical glass substrate formed with the structure containing titania in the mesopores prepared in the above step (18-4) is immersed for 5 minutes at room temperature, and the titania is etched. In this etching solution, the silica and the optical glass substrate are not etched, and titania is selectively etched. Near the tip of the microstructure, the mesopores are shorter than the bottom, so that titania is likely to elute, and this process can form a structure with a small titania filling rate from the bottom to the tip of the microstructure. It is. This distribution of the filling rate can be confirmed by observation with a transmission electron microscope.

エッチングを施した上記構造体に関して、エックス線光電子分光法により、微細構造体の表面から光学ガラス基板界面方向へと深さ方向分析を行うと、表面近傍ではTi/Si比は約0.58、基板近傍ではTi/Si比は約0.73と求められ、表面近傍ではTiの相対比率が20%程度小さいことがわかる。この深さ方向分析は、イオンスパッタリングを繰り返し行い、その度に光電子スペクトルを測定することによって行う。このTi/Si比0.73、0.58は、チタニアの充填率に換算するとそれぞれ49%、62%となる。   When the depth direction analysis from the surface of the microstructure to the interface direction of the optical glass substrate is performed by X-ray photoelectron spectroscopy on the etched structure, the Ti / Si ratio is about 0.58 near the surface. In the vicinity, the Ti / Si ratio is determined to be about 0.73, and it can be seen that the relative ratio of Ti is about 20% smaller in the vicinity of the surface. This depth direction analysis is performed by repeatedly performing ion sputtering and measuring the photoelectron spectrum each time. The Ti / Si ratios 0.73 and 0.58 are 49% and 62%, respectively, in terms of titania filling rate.

(18−6)反射率測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入した、構造周期の異なる2層のメソポーラスシリカ膜から構成される本発明の構造体を形成した、光学ガラスの反射率は1.7%と求められる。この反射率は、実施例2において、単一の構造のメソポーラスシリカを用いて作製された、本実施例との同様の構造を有する構造体を形成した、本実施例の光学ガラスよりも屈折率の小さい石英基板の反射率に比較して低く、本実施例において、本発明の構造体における凸部の中で、メソ孔へのチタニアの充填率を、前記凸部の底部から先端に向かう方向に小さくすることで、より反射防止効果を高めることができることが確認される。
(18-6) Reflectance measurement The reflectance is measured by the same method as (1-4) in Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is calculated, the structure of the present invention composed of two layers of mesoporous silica films with different structural periods and having titania introduced into the pores, produced in this example The reflectance of the optical glass formed is required to be 1.7%. This reflectivity is higher than the refractive index of the optical glass of this example, which was formed using mesoporous silica having a single structure in Example 2 and had a structure having the same structure as that of this example. In this embodiment, the ratio of filling titania into the mesopores in the direction from the bottom to the tip of the protrusion is reduced. It is confirmed that the antireflection effect can be further enhanced by reducing the thickness to a small value.

(実施例19)
実施例19では、曲率を有する基板上に、実施例7と同じ構成の、メソ孔内にチタニアを導入したメソポーラスシリカ膜で構成される複数の微細な凸部を有する構造体を形成し、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。
(Example 19)
In Example 19, a structure having a plurality of fine protrusions formed of a mesoporous silica film having titania introduced into mesopores having the same configuration as that of Example 7 is formed on a substrate having curvature, and reflection is performed. An example of an optical member having a preventing ability will be described.

(19−1)基板準備
基板として、凸面の曲率半径60mm、凹面の曲率半径25mmのレンズを準備する。レンズの材質は、実施例7で用いた光学ガラスである。
(19-1) Substrate preparation As a substrate, a lens having a convex curvature radius of 60 mm and a concave curvature radius of 25 mm is prepared. The material of the lens is the optical glass used in Example 7.

(19−2)シリカメソ構造体膜形成
(19−2−1)シリカメソ構造体膜の前駆体溶液調製
実施例1の(1−2−1)と同じ工程で、実施例1と同じシリカメソ構造体の前駆体溶液を作製する。
(19-2) Silica Mesostructure Film Formation (19-2-1) Precursor Solution Preparation of Silica Mesostructure Film Same silica mesostructure as Example 1 in the same process as (1-2-1) of Example 1 A precursor solution is prepared.

(19−2−2)シリカメソ構造体膜の成膜
洗浄した上記レンズ上に、上記の前駆体溶液を滴下してスピンコーティングを行うことで、本実施例のシリカメソ構造体膜を形成する。スピンコーティングは、25℃、相対湿度40%、基板の回転速度4000rpmの条件で180秒間行う。製膜後は、25℃、相対湿度40%の恒温恒湿槽で2週間、続いて80℃で24時間保持し、シリカメソ構造体膜を形成する。これを、実施例2の(2−2−3)と同じ工程に沿って焼成し、細孔中の有機成分を除去し、メソポーラスシリカ膜とする。塗布工程は異なるが、本実施例において作製されたメソポーラスシリカ膜は、実施例2で作製した膜と、実質的に同じ構造を有しており、均一な径のシリンダー状のメソ孔が、ハニカム状に周期的に配置されており、その構造周期は約6.0nmであることが、レンズから剥離させた膜の透過電子顕微鏡観察によって明らかとなる。本実施例で用いたレンズの凸面にも、凹面にも、透明で均一性の高いメソポーラスシリカ膜が形成されていることが確認される。
(19-2-2) Formation of Silica Mesostructure Film The silica mesostructure film of this example is formed by dropping the precursor solution onto the washed lens and performing spin coating. The spin coating is performed for 180 seconds under the conditions of 25 ° C., a relative humidity of 40%, and a rotation speed of the substrate of 4000 rpm. After film formation, the silica mesostructured film is formed by holding in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and 40% relative humidity for 2 weeks, and subsequently at 80 ° C. for 24 hours. This is baked along the same process as (2-2-3) of Example 2 to remove organic components in the pores to obtain a mesoporous silica film. Although the coating process is different, the mesoporous silica film produced in this example has substantially the same structure as the film produced in Example 2, and cylindrical mesopores with a uniform diameter are formed in the honeycomb. It is apparent by observation with a transmission electron microscope of the film peeled from the lens that the structure period is about 6.0 nm. It is confirmed that a transparent and highly uniform mesoporous silica film is formed on both the convex surface and the concave surface of the lens used in this example.

(19−3)プラズマエッチング
このレンズ状のメソポーラスシリカ膜に対して、実施例7の(7−3)と同一の条件でプラズマエッチングを施す。プラズマエッチング後に膜表面に形成される、複数の凸部を有する構造体の構造パラメータは、実施例7で平板基板上に作製した構造体のものと実質的に同じである。この場合も、膜中におけるフッ素の分析により、フッ素をメソポーラスシリカ膜内に含有させながらエッチングが進行した事が示される。
(19-3) Plasma Etching This lens-shaped mesoporous silica film is subjected to plasma etching under the same conditions as (7-3) of Example 7. The structure parameters of the structure having a plurality of convex portions formed on the film surface after the plasma etching are substantially the same as those of the structure manufactured on the flat substrate in Example 7. Again, analysis of the fluorine in the film shows that the etching has progressed while containing fluorine in the mesoporous silica film.

(19−4)メソ孔内への無機材料導入
実施例7と同じ工程、同じ条件で、メソポーラスシリカのメソ孔にチタニアを導入する。チタニアの導入量には、平板基板の場合も、本実施例で用いた曲率を有する基板でも差異はないことがエックス線光電子分光分析によって確認される。
(19-4) Introduction of inorganic material into mesopores Titania is introduced into mesopores of mesoporous silica in the same steps and conditions as in Example 7. X-ray photoelectron spectroscopic analysis confirms that there is no difference in the amount of titania introduced between the flat substrate and the substrate having the curvature used in this example.

(19−5)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。凸レンズ、凹レンズともに、レンズ上の異なる3か所について波長400nm〜700nmの範囲での反射率を測定する。反射率測定時には、測定箇所において、入射角度が90度に成るようにレンズの保持角度を調整する。平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入したメソポーラスシリカから構成される本発明の構造体を形成した、レンズの反射率は、凹レンズ、凸レンズともに、約2%と求められる。これは、実施例7で平板基板上で達成された反射率と比較してほぼ同じであり、本発明の構造体を用いた反射防止膜は、曲率を有するレンズに対して良好に形成できることが示される。
(19-5) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. For both convex and concave lenses, the reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is measured at three different locations on the lens. At the time of reflectance measurement, the lens holding angle is adjusted so that the incident angle is 90 degrees at the measurement location. When the average reflectance is calculated, the reflectance of the lens in which the structure of the present invention composed of mesoporous silica with titania introduced in the pores is formed is about 2 for both concave and convex lenses. %. This is almost the same as the reflectance achieved on the flat substrate in Example 7, and the antireflection film using the structure of the present invention can be formed well for a lens having a curvature. Indicated.

(実施例20)
実施例20では、石英ガラス基板2001上に、プラズマエッチングによって直接、複数の微細な凸部を有する構造体を形成することで、反射防止構造を設けた光学部材とした例について記載する。
(Example 20)
Example 20 describes an example in which an optical member provided with an antireflection structure is formed by directly forming a structure having a plurality of fine convex portions on a quartz glass substrate 2001 by plasma etching.

(20−1)基板の準備
基板14として石英ガラス基板を準備した。
(20-1) Preparation of substrate A quartz glass substrate was prepared as the substrate 14.

(20−2)プラズマエッチング
上記石英ガラス基板に、上記実施例1〜19で用いたのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを施す。
反応性ガス:SFガス
ガス流量:20sccm
圧力 :10Pa
ICPパワー:100W
Biasパワー:10W
エッチング時間:70分間
エッチングレート:6nm/min
ここで、エッチングレートは、リファレンスとしてSi基板上に酸化ケイ素の熱酸化膜
を形成したものを用意し、熱酸化膜の膜厚減少分から求める。
(20-2) Plasma Etching The quartz glass substrate is subjected to plasma etching under the following conditions using the same ICP type plasma etching apparatus as used in Examples 1-19.
Reactive gas: SF 6 gas Gas flow rate: 20 sccm
Pressure: 10Pa
ICP power: 100W
Bias power: 10W
Etching time: 70 minutes Etching rate: 6 nm / min
Here, the etching rate is obtained from a decrease in the thickness of the thermal oxide film by preparing a silicon oxide thermal oxide film on a Si substrate as a reference.

プラズマエッチング後の石英基板表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成されており、本発明の複数の微細な凸部を有する微細構造体得られた。本実施例で形成した微細構造体の電子顕微鏡像を図17に示す。図17(a)は断面の写真、図17(b)は表面の写真である。本プラズマエッチングにより、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=75nm、Θ=28度、p=D=61nm、H/D=1.2、凸部の密度は7.2×1010個/cmと見積もられた。各凸部の間隔の分布はσ=22nmの正規分布、σ/pは0.36であり、複数の凸部がランダムな配置で基板表面を覆い尽くすように形成された。 A plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other on the surface of the quartz substrate after plasma etching, and a microstructure having a plurality of fine convex portions of the present invention is obtained. FIG. 17 shows an electron microscopic image of the microstructure formed in this example. FIG. 17A is a cross-sectional photograph, and FIG. 17B is a surface photograph. By this plasma etching, the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 75 nm, Θ = 28 degrees, p = D = 61 nm, H / D = 1.2, and the density of the protrusions is It was estimated to be 7.2 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution of σ = 22 nm, and σ / p is 0.36, and the plurality of convex portions are formed so as to cover the substrate surface in a random arrangement.

以上のように形成した、複数の微細な凸部を有する細構造体について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が微細構造体表面から深さ方向にわたり15nmの深さまで確認され、表面から15nm深さにおけるフッ素原子の量は石英ガラスを構成するSi原子に対して35%であった。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置から、フッ素原子はSi原子と結合している事が確認できる。この事はフッ素を部材である石英ガラス内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   When the composition analysis in the depth direction of the film was performed by X-ray photoelectron spectroscopy for the fine structure having a plurality of fine protrusions formed as described above, fluorine atoms spread from the fine structure surface to the depth direction. A depth of 15 nm was confirmed, and the amount of fluorine atoms at a depth of 15 nm from the surface was 35% with respect to Si atoms constituting the quartz glass. In addition, it can confirm that the fluorine atom has couple | bonded with the Si atom from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy. This indicates that the etching progressed while fluorine was contained in the quartz glass as a member.

ここで、比較として本プラズマエッチング工程の条件のBiasパワーを15Wとした場合、エッチングレートは10nm/minとなり、膜の深さ方向にフッ素は検出されず表面に凸部も形成されなかった。しかし、本実施例のBiasパワーよりも低い値とした場合には、構造形成に時間がかかるように成るものの、本実施例と同様の構造が形成できる。本発明者らがエッチングレートを細かく制御して本発明の構造体形成の有無を確認した結果、9nm/minのエッチング条件の場合には構造形成が確認できることから、エッチングレート10nm/minが、本発明の構造形成の閾値であるとわかった。このことから、メソ構造体でない、denseな酸化ケイ素に対して、プラズマエッチングにより、本発明の構造体を形成する場合においては、エッチングレートを10nm/min以下に制御する必要があることがわかった。   Here, as a comparison, when the Bias power of the plasma etching process was set to 15 W, the etching rate was 10 nm / min, fluorine was not detected in the depth direction of the film, and no convex portion was formed on the surface. However, when the value is lower than the Bias power of this embodiment, it takes a long time to form the structure, but a structure similar to that of this embodiment can be formed. As a result of the inventors controlling the etching rate finely and confirming whether or not the structure of the present invention is formed, the structure formation can be confirmed under the etching condition of 9 nm / min. It was found to be the threshold for structure formation of the invention. From this, it was found that the etching rate must be controlled to 10 nm / min or less when the structure of the present invention is formed by plasma etching on dense silicon oxide that is not a mesostructure. .

また、Arガスを用いて本工程と同等のエッチングレートにてプラズマエッチングを施した場合にも表面に凸部は形成されず、当然のことながら膜の深さ方向にフッ素原子は検出されない。   Also, when plasma etching is performed using Ar gas at the same etching rate as in this step, no convex portions are formed on the surface, and naturally, fluorine atoms are not detected in the depth direction of the film.

(20−3)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行った。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、複数の微細な凹凸を有する構造体を形成した石英ガラス表面の反射率は2.5%であった。比較として反射防止構造を設けない、石英ガラス基板の反射率を同様な方法で測定すると5%であり。本実施例で作製した反射防止構造により反射率が低減されている事が確認された。エッチング時間を変化させて、アスペクト比を変化させた、複数の微細な凸部を有する本発明の構造体は、アスペクト比が1/2よりも大きい場合、すなわち錐体状凸部の頂角が鋭角である場合には、反射率低下に寄与することができる。
(20-3) Measurement of reflectance The reflectance was measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm was calculated, the reflectance of the quartz glass surface on which the structure having a plurality of fine irregularities produced in this example was formed was 2.5%. For comparison, the reflectance of a quartz glass substrate without an antireflection structure is 5% when measured by the same method. It was confirmed that the reflectance was reduced by the antireflection structure produced in this example. The structure of the present invention having a plurality of fine protrusions, in which the aspect ratio is changed by changing the etching time, is obtained when the aspect ratio is larger than 1/2, that is, the apex angle of the cone-shaped protrusions. When it is an acute angle, it can contribute to a reflectance fall.

(実施例21)
実施例20では、光学ガラス基板上に、緻密な酸化ケイ素薄膜を形成した後に、プラズマエッチングによって、複数の微細な凸部を有する構造体を形成することで、反射防止構造を設けた光学部材とした例について記載する。
(Example 21)
In Example 20, after forming a dense silicon oxide thin film on an optical glass substrate, an optical member provided with an antireflection structure by forming a structure having a plurality of fine convex portions by plasma etching; An example will be described.

(21−1)基板の準備
基板14として光学ガラス基板を準備する。
(21-1) Preparation of Substrate An optical glass substrate is prepared as the substrate 14.

(21−2)酸化ケイ素薄膜の作製
前記光学ガラス基板上に、以下のような手順で酸化ケイ素薄膜を形成する。
(21-2) Production of silicon oxide thin film A silicon oxide thin film is formed on the optical glass substrate by the following procedure.

(21−2−1)酸化ケイ素の前駆体溶液調製
酸化ケイ素の前駆体溶液は、エタノール、0.01M塩酸、テトラエトキシシランを加え2時間攪拌することで調製する。
(21-2-1) Preparation of precursor solution of silicon oxide A precursor solution of silicon oxide is prepared by adding ethanol, 0.01M hydrochloric acid, and tetraethoxysilane and stirring for 2 hours.

(21−2−2)酸化ケイ素薄膜の成膜
調製した酸化ケイ素の前駆体溶液を用いて、ディップコート装置により光学ガラス基板上に0.5mms−1の引き上げ速度でディップコートを行う。製膜後は、大気中で室温にて4時間乾燥後、続いて400℃に昇温して4時間焼成を行い280nmの厚さで酸化ケイ素膜を形成する。
(21-2-2) Film Formation of Silicon Oxide Thin Film Using the prepared silicon oxide precursor solution, dip coating is performed on the optical glass substrate at a lifting speed of 0.5 mms −1 by a dip coating apparatus. After film formation, the film is dried in the atmosphere at room temperature for 4 hours, and then heated to 400 ° C. and baked for 4 hours to form a silicon oxide film with a thickness of 280 nm.

(21−3)プラズマエッチング
上記、酸化ケイ素薄膜を形成した光学ガラス基板に、実施例1〜20で使用したのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを実施する。
反応性ガス:SF
ガス流量:20sccm
圧力 :10Pa
ICPパワー:100W
Biasパワー:10W
エッチング時間:45分間
エッチングレート:6nm/min
プラズマエッチング後の石英基板表面には円錐状の複数の微細な凸部が互いに隣接するように形成された構造体が得られた。図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=115nm、Θ=25度、p=D=62nm、H/D=1.85、凸部の密度は7×1010個/cmと見積もられた。各凸部の間隔の分布はσ=24nmの正規分布、σ/pは0.39であり、複数の凸部がランダムな配置で基板表面を覆い尽くすように形成された。この場合も、上記構造体の形成の可否はエッチングレートと密接な関係があり、10nm/min以上のエッチングレートの場合には、上記特徴を備えた構造体を形成することはできなかった。
(21-3) Plasma Etching Using the same ICP type plasma etching apparatus used in Examples 1 to 20 on the optical glass substrate on which the silicon oxide thin film is formed, plasma etching is performed under the following conditions. .
Reactive gas: SF 6
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 10Pa
ICP power: 100W
Bias power: 10W
Etching time: 45 minutes Etching rate: 6 nm / min
A structure was obtained in which a plurality of conical fine protrusions were formed adjacent to each other on the surface of the quartz substrate after plasma etching. The average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 115 nm, Θ = 25 degrees, p = D = 62 nm, H / D = 1.85, and the density of the convex portions is 7 × 10 10 pieces. / Cm 2 was estimated. The distribution of the intervals between the convex portions was a normal distribution of σ = 24 nm, and σ / p was 0.39, and the plurality of convex portions were formed so as to cover the substrate surface in a random arrangement. Also in this case, whether or not the structure can be formed has a close relationship with the etching rate, and when the etching rate is 10 nm / min or more, the structure having the above characteristics cannot be formed.

形成した微細構造体について、エックス線光電子分光分析により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が微細構造体表面から深さ方向にわたり20nmの深さまで確認され、表面から20nm深さにおけるフッ素原子の量は酸化ケイ素薄膜を構成するSi原子に対して40%であった。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置から、フッ素原子はSi原子と結合している事が確認できる。この事は、フッ素を酸化ケイ素に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   When the composition of the formed microstructure was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy in the depth direction of the film, fluorine atoms were confirmed from the surface of the microstructure to the depth of 20 nm, and at a depth of 20 nm from the surface. The amount of fluorine atoms was 40% with respect to Si atoms constituting the silicon oxide thin film. In addition, it can confirm that the fluorine atom has couple | bonded with the Si atom from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in silicon oxide.

(21−4)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行った。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例において、複数の微細な凹凸を有する構造体を形成した酸化ケイ素薄膜を有する光学ガラス基板表面の反射率は1.8%であった。比較として反射防止構造を設けない、酸化ケイ素薄膜を形成した光学ガラス基板の反射率を同様な方法で測定すると5%であり。本実施例で作製した反射防止構造により反射率が低減されている事が確認された。エッチング時間を変化させて、アスペクト比を変化させた、複数の微細な凸部を有する本発明の構造体は、アスペクト比が1/2よりも大きい場合、すなわち錐体状凸部の頂角が鋭角である場合には、反射率低下に寄与することができる。
(21-4) Measurement of reflectance The reflectance was measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is calculated, in this example, the reflectance of the surface of the optical glass substrate having a silicon oxide thin film on which a structure having a plurality of fine irregularities is formed is 1.8%. there were. For comparison, the reflectance of an optical glass substrate on which a silicon oxide thin film is formed without providing an antireflection structure is 5% as measured by the same method. It was confirmed that the reflectance was reduced by the antireflection structure produced in this example. The structure of the present invention having a plurality of fine protrusions, in which the aspect ratio is changed by changing the etching time, is obtained when the aspect ratio is larger than 1/2, that is, the apex angle of the cone-shaped protrusions. When it is an acute angle, it can contribute to a reflectance fall.

(実施例22)
実施例22では、光学ガラス基板上に、プラズマエッチングにより、直接、複数の微細な凸部を有する構造体を形成し、反射防止構造を設けた例について記載する。
(Example 22)
Example 22 describes an example in which a structure having a plurality of fine protrusions is directly formed on an optical glass substrate by plasma etching to provide an antireflection structure.

実施例20と同じ方法と条件で、光学ガラスBK7(屈折率1.51)、及びSF11(屈折率1.78)に、プラズマエッチングを実施した。   Plasma etching was performed on the optical glass BK7 (refractive index 1.51) and SF11 (refractive index 1.78) under the same method and conditions as in Example 20.

プラズマエッチング後に得られた微細構造体の形状は、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、BK7については、H=60nm、Θ=30度、p=D=50nm、H/D=1.2、凸部の密度6.5×1010個/cm、凸部の間隔の分布はσ=18nmの正規分布、σ/pは0.36であり、SF11については、H=70nm、Θ=25度、p=D=55nm、H/D=1.27、凸部の密度6.0×1010個/cm、凸部の間隔の分布はσ=20nmの正規分布、σ/pは0.36である。 The shape of the microstructure obtained after the plasma etching is such that the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 60 nm, Θ = 30 degrees, p = D = 50 nm, H for BK7, respectively. /D=1.2, density of convex parts 6.5 × 10 10 / cm 2 , the distribution of the spacing of convex parts is a normal distribution of σ = 18 nm, σ / p is 0.36, and SF11 is H = 70 nm, Θ = 25 degrees, p = D = 55 nm, H / D = 1.27, the density of convex parts 6.0 × 10 10 pieces / cm 2 , and the distribution of the convex part spacing is a normal of σ = 20 nm The distribution, σ / p, is 0.36.

形成した微細構造体について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、両者ともフッ素原子が微細構造体表面から深さ方向にわたり10nmの深さまで確認され、フッ素を光学ガラス材料に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   The composition of the formed microstructure was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy in the depth direction of the film. In both cases, fluorine atoms were confirmed to a depth of 10 nm from the surface of the microstructure to the depth direction. It shows that the etching progressed while being contained in the material.

本実施例の構造体を形成した光学ガラス基板の反射率は、いずれの光学ガラス基板においても、反射率が2/1以下に低減されるという明確な反射防止効果を示す。   The reflectance of the optical glass substrate on which the structure of this example is formed shows a clear antireflection effect that the reflectance is reduced to 2/1 or less in any optical glass substrate.

(実施例23)
実施例23では、各種酸化物(酸化ジルコ二ウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ハフニウム)基板上に、プラズマエッチングにより、直接、複数の微細な凸部を有する構造体を形成し、反射防止構造を設けた例について記載する。実施例20、21と同じ方法と条件で、各種酸化物基板(酸化ジルコ二ウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ハフニウム)に、プラズマエッチングを実施した。
(Example 23)
In Example 23, a structure having a plurality of fine protrusions is formed directly on a substrate of various oxides (zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, hafnium oxide) by plasma etching, thereby providing an antireflection structure. An example in which is provided will be described. Plasma etching was performed on various oxide substrates (zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, hafnium oxide) under the same methods and conditions as in Examples 20 and 21.

プラズマエッチング後の微細構造体の形状は、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ次のようになる。   Regarding the shape of the fine structure after the plasma etching, the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG.

酸化ジルコニウム:H=65nm、Θ=30度、p=D=55nm、H/D=1.18、凸部の密度6.5×1010個/cm、凸部の間隔の分布はσ=18nmの正規分布、σ/p=0.36。 Zirconium oxide: H = 65 nm, Θ = 30 degrees, p = D = 55 nm, H / D = 1.18, the density of convex parts 6.5 × 10 10 pieces / cm 2 , and the distribution of the convex part spacing is σ = Normal distribution at 18 nm, σ / p = 0.36.

酸化タンタル:H=70nm、Θ=25度、p=D=55nm、H/D=1.27、凸部の密度6.5×1010個/cm、凸部の間隔の分布はσ=15nmの正規分布、σ/p=0.27。 Tantalum oxide: H = 70 nm, Θ = 25 degrees, p = D = 55 nm, H / D = 1.27, the density of convex parts 6.5 × 10 10 pieces / cm 2 , and the distribution of the spacing between convex parts is σ = Normal distribution of 15 nm, σ / p = 0.27.

酸化チタン:H=110nm、Θ=20度、p=D=60nm、H/D=1.83、凸部の密度7.2×1010個/cm、凸部の間隔の分布はσ=15nmの正規分布、σ/pは0.25。 Titanium oxide: H = 110 nm, Θ = 20 degrees, p = D = 60 nm, H / D = 1.83, the density of convex parts is 7.2 × 10 10 pieces / cm 2 , and the distribution of the convex part intervals is σ = Normal distribution of 15 nm, σ / p is 0.25.

酸化ハフニウム:H=80nm、Θ=25度、p=D=60nm、H/D=1.33、凸部の密度6.1×1010個/cm、凸部の間隔の分布はσ=14nmの正規分布、σ/pは0.23。 Hafnium oxide: H = 80 nm, Θ = 25 degrees, p = D = 60 nm, H / D = 1.33, the density of convex parts 6.1 × 10 10 pieces / cm 2 , and the distribution of the spacing between convex parts is σ = Normal distribution of 14 nm, σ / p is 0.23.

形成した微細構造体について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、いずれの材料ともフッ素原子が微細構造体表面から深さ方向にわたり10nmの深さまで確認され、フッ素を基板構成材料に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   The composition of the formed microstructure was analyzed in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, fluorine atoms were confirmed to be 10 nm from the surface of the microstructure to the depth of 10 nm. It shows that the etching progressed while contained in the substrate constituent material.

本実施例の構造体を形成した光学ガラス基板の反射率は、いずれの光学ガラス基板においても、反射率が2/1以下に低減されるという明確な反射防止効果を示す。   The reflectance of the optical glass substrate on which the structure of this example is formed shows a clear antireflection effect that the reflectance is reduced to 2/1 or less in any optical glass substrate.

(実施例24)
実施例24では、石英ガラス基板上に、シリカメソ構造体薄膜を形成した上に、該シリカメソ構造体よりもエッチングレートの小さい緻密な酸化ケイ素膜を形成して、積層膜を作製し、先ず表面の酸化ケイ素薄膜に対して第1のプラズマエッチングを行って、酸化ケイ素薄膜に複数の微細な凸部を有する構造体を形成し、続いて、前記酸化ケイ素薄膜に形成された構造体を介して、下地のシリカメソ構造体膜に対して第2のプラズマエッチング行うことで、シリカメソ構造体膜にアスペクト比の大きな複数の微細な凸部を有する構造体を形成する例について記載する。
本実施例を図11を用いて説明する。
(Example 24)
In Example 24, a silica mesostructure thin film was formed on a quartz glass substrate, and a dense silicon oxide film having an etching rate smaller than that of the silica mesostructure was formed to produce a laminated film. A first plasma etching is performed on the silicon oxide thin film to form a structure having a plurality of fine protrusions on the silicon oxide thin film, and subsequently, through the structure formed on the silicon oxide thin film, An example in which a structure having a plurality of fine protrusions having a large aspect ratio is formed on the silica mesostructure film by performing the second plasma etching on the underlying silica mesostructure film will be described.
This embodiment will be described with reference to FIG.

(24−1)基板準備
基体1101として、石英ガラス基板を準備する。
(24-1) Substrate Preparation A quartz glass substrate is prepared as the base 1101.

(24−2)シリカメソ構造体膜形成
実施例1の(1−2)と同じ工程によってシリカメソ構造体膜1102を形成する。得られる膜の構造は、実施例1で記載したものと同じである。
(24-2) Formation of Silica Mesostructure Film A silica mesostructure film 1102 is formed by the same process as (1-2) in Example 1. The structure of the resulting film is the same as that described in Example 1.

(24−3)酸化ケイ素薄膜の作製
前記光学ガラス基板上に、以下のような手順で酸化ケイ素薄膜を形成する。
(24-3) Production of silicon oxide thin film A silicon oxide thin film is formed on the optical glass substrate by the following procedure.

(24−3−1)酸化ケイ素の前駆体溶液調製
酸化ケイ素の前駆体溶液は、エタノール、0.01M塩酸、テトラエトキシシランを加え2時間攪拌することで調製する。
(24-3-1) Preparation of precursor solution of silicon oxide A precursor solution of silicon oxide is prepared by adding ethanol, 0.01M hydrochloric acid, and tetraethoxysilane and stirring for 2 hours.

(24−3−2)酸化ケイ素薄膜の成膜
調製した酸化ケイ素の前駆体溶液を用いて、ディップコート装置により石英ガラス基板上に0.5mms−1の引き上げ速度でディップコートを行う。製膜後は、25℃、相対湿度40%の恒温恒湿槽で2週間、続いて80℃で48時間保持し、350nmの厚さで酸化ケイ素薄膜1103を形成する。
(24-3-2) Film Formation of Silicon Oxide Thin Film Using the prepared silicon oxide precursor solution, dip coating is performed on a quartz glass substrate at a pulling rate of 0.5 mms −1 by a dip coating apparatus. After the film formation, the silicon oxide thin film 1103 is formed with a thickness of 350 nm by holding in a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a relative humidity of 40% for 2 weeks and then at 80 ° C. for 48 hours.

(24−4)第1のプラズマエッチング
酸化ケイ素薄膜1103に、実施例1〜23で用いたのと同じICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件で第1のプラズマエッチングを実施する。
反応性ガス:SF
ガス流量:20sccm
圧力 :10Pa
ICPパワー:100W
Biasパワー:10W
エッチング時間:45分間
エッチングレート:6nm/min
第1のプラズマエッチング後の酸化ケイ素薄膜1103には、円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、微細構造体が得られる。図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=65nm、Θ=25度、p=D=55nm、H/D=1.18、凸部の密度は7×1010個/cmと見積もられる。各凸部の間隔の分布はσ=24nmの正規分布、σ/pは0.39であり、複数の凸部がランダムな配置で酸化ケイ素薄膜表面を覆い尽くすように形成される。この構造体は実施例21で形成されたものと実質的に同じでものある。この第1のプラズマエッチングは、実施例21で述べたように、エッチングレートが10nm/min以下になるように行う必要がある。
(24-4) First Plasma Etching Using the same ICP type plasma etching apparatus as used in Examples 1 to 23, the first plasma etching is performed on the silicon oxide thin film 1103 under the following conditions.
Reactive gas: SF 6
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 10Pa
ICP power: 100W
Bias power: 10W
Etching time: 45 minutes Etching rate: 6 nm / min
On the silicon oxide thin film 1103 after the first plasma etching, a plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other to obtain a fine structure. The average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 65 nm, Θ = 25 degrees, p = D = 55 nm, H / D = 1.18, and the density of the convex portions is 7 × 10 10 pieces. / Cm 2 is estimated. The distribution of the intervals between the protrusions is a normal distribution of σ = 24 nm and σ / p is 0.39, and the plurality of protrusions are formed so as to cover the silicon oxide thin film surface in a random arrangement. This structure is substantially the same as that formed in Example 21. As described in Example 21, this first plasma etching needs to be performed so that the etching rate is 10 nm / min or less.

形成した複数の微細凸部を有する構造体1104について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行った後、フッ素原子が微細構造体表面から深さ方向にわたり20nmの深さまで確認され、表面から20nmの深さにおけるフッ素原子の量は酸化ケイ素薄膜を構成するSi原子に対して40%と求められる。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置から、フッ素原子はSi原子と結合している事が確認できる。この事は、フッ素を酸化ケイ素薄膜1103内に含有させながら第1のプラズマエッチングが進行した事を示している。   The structure 1104 having a plurality of fine protrusions formed was subjected to composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy, and then fluorine atoms were confirmed to a depth of 20 nm from the surface of the microstructure to the depth direction. The amount of fluorine atoms at a depth of 20 nm from the surface is determined to be 40% with respect to Si atoms constituting the silicon oxide thin film. In addition, it can confirm that the fluorine atom has couple | bonded with the Si atom from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy. This indicates that the first plasma etching has progressed while fluorine is contained in the silicon oxide thin film 1103.

(24−5)第2のプラズマエッチング
次に、上記、酸化ケイ素薄膜に形成された微細構造体1104を介して、シリカメソ構造体膜に、同じ装置を用いて第2のプラズマエッチングを実施する。第2のプラズマエッチングの条件は、Biasパワーを10Wから20Wに変更し、圧力を10Paから3Paに変更した以外は、第1のプラズマエッチングの条件と同じで、エッチング時間は10分間とする。この第2のプラズマエッチングの条件において、酸化ケイ素薄膜のエッチングレートは、シリカメソ構造体膜のエッチングレートに比較して小さい。これは、シリカメソ構造体膜、及び酸化ケイ素薄膜を、各々、別のリファレンス基板上に単独で成膜したものを参照サンプルとして、第2のプラズマエッチングの条件におけるエッチングレートを測定することで確認される。本実施例における第2のプラズマエッチングの条件においては、シリカメソ構造体薄膜のエッチングレートは30nmであるのに対して、酸化ケイ素膜のエッチングレートは15nmとなり、酸化ケイ素薄膜の方が、エッチングレートが遅いことが確認される。
(24-5) Second Plasma Etching Next, the second plasma etching is performed on the silica mesostructured film using the same apparatus through the fine structure 1104 formed on the silicon oxide thin film. The second plasma etching conditions are the same as the first plasma etching conditions except that the Bias power is changed from 10 W to 20 W and the pressure is changed from 10 Pa to 3 Pa. The etching time is 10 minutes. Under this second plasma etching condition, the etching rate of the silicon oxide thin film is smaller than the etching rate of the silica mesostructured film. This was confirmed by measuring the etching rate under the conditions of the second plasma etching, using a silica mesostructured film and a silicon oxide thin film formed separately on different reference substrates as reference samples. The Under the conditions of the second plasma etching in this example, the etching rate of the silica mesostructured thin film is 30 nm, whereas the etching rate of the silicon oxide film is 15 nm, and the etching rate of the silicon oxide thin film is higher. Confirmed to be slow.

第2のプラズマエッチング後、酸化ケイ素薄膜は完全に除去され、露出したシリカメソ構造体膜には、円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、微細構造体1106が得られる。図1(b)の模式図に示す数値の平均値は、それぞれ、H=230nm、Θ=13度、p=D=62nm、H/D=3.7、凸部の密度は7.0×1010個/cmと見積もられる。各凸部の間隔の分布はσ=24nmの正規分布、σ/pは0.39であり、複数の凸部がランダムな配置でシリカメソ構造体膜表面を覆い尽くすように形成されていることが確認される。 After the second plasma etching, the silicon oxide thin film is completely removed, and the exposed silica mesostructure film is formed with a plurality of conical protrusions adjacent to each other, whereby a microstructure 1106 is obtained. The average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 230 nm, Θ = 13 degrees, p = D = 62 nm, H / D = 3.7, and the density of the protrusions is 7.0 × It is estimated at 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the protrusions is a normal distribution of σ = 24 nm, and σ / p is 0.39, and the plurality of protrusions are formed so as to cover the surface of the silica mesostructured film in a random arrangement. It is confirmed.

(24−6)多孔質化
実施例2の(2−2−3)と同じ方法によって細孔内の有機物を除去してメソポーラスシリカ膜とする。
(24-6) Porousization Organic matter in the pores is removed by the same method as in Example 2 (2-2-3) to obtain a mesoporous silica film.

(24−7)
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。本実施例で作製した、本発明の構造体を表面に形成した石英ガラスの反射率は1.4%となり、構造体を形成していない石英基板の反射率5.0%に比較して大幅に反射率が低減されている。なお、有機物がメソ孔内に残存している、多孔質化前の構造体でも、反射率は2.8%と、石英基板の反射率より低い。これより、本実施例で作製した、メソポーラスシリカから構成される本発明の構造体は反射防止膜として機能することが示される。
(24-7)
The reflectance is measured by the same method as in (1-4) of Example 1. The reflectance of quartz glass formed on the surface of the structure body of the present invention formed on the surface of the present example is 1.4%, which is significantly larger than the reflectance of 5.0% of the quartz substrate on which the structure body is not formed. The reflectance is reduced. It should be noted that even in the structure before the porous structure in which the organic matter remains in the mesopores, the reflectance is 2.8%, which is lower than the reflectance of the quartz substrate. This shows that the structure of the present invention composed of mesoporous silica produced in this example functions as an antireflection film.

(実施例25)
実施例25では、光学ガラス基板上に、チタニアメソ構造体膜を形成した上に、該チタニアメソ構造体よりもエッチングレートの小さい緻密な酸化ケイ素薄膜を形成して、積層膜を作製し、先ず表面の酸化ケイ素薄膜に対して第1のプラズマエッチングを行って、酸化ケイ素薄膜に複数の微細な凸部を有する構造体を形成し、続いて、前記酸化ケイ素薄膜に形成された構造体を介して、下地のチタニアメソ構造体膜に対して第2のプラズマエッチング行うことで、チタニアメソ構造体膜にアスペクト比の大きな複数の微細な凸部を有する構造体を形成する例について記載する。
本実施例も、図11を用いて説明する。
(Example 25)
In Example 25, a titania mesostructure film was formed on an optical glass substrate, and a dense silicon oxide thin film having an etching rate smaller than that of the titania mesostructure was formed to produce a laminated film. A first plasma etching is performed on the silicon oxide thin film to form a structure having a plurality of fine protrusions on the silicon oxide thin film, and subsequently, through the structure formed on the silicon oxide thin film, An example will be described in which a second plasma etching is performed on the underlying titania mesostructure film to form a structure having a plurality of fine protrusions having a large aspect ratio in the titania mesostructure film.
This embodiment will also be described with reference to FIG.

(25−1)基板準備
基体1101として、屈折率1.6の光学ガラス基板を準備する。
(25-1) Substrate Preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.6 is prepared as the base 1101.

(25−2)チタニアメソ構造体膜形成
実施例3の(3−2)と同じ工程によってチタニアメソ構造体膜1102を形成する。得られる膜の構造は、実施例3で記載したものと同じである。
(25-2) Formation of titania meso structure film A titania meso structure film 1102 is formed by the same process as (3-2) of the third embodiment. The structure of the resulting film is the same as that described in Example 3.

(25−3)酸化ケイ素薄膜の作製
実施例24の(24−3)と同じ工程によって、実施例24で作製したものと同じ膜厚350nmの酸化ケイ素薄膜1102を形成する。
(25-3) Production of Silicon Oxide Thin Film A silicon oxide thin film 1102 having the same thickness of 350 nm as that produced in Example 24 is formed by the same process as (24-3) of Example 24.

(25−4)第1のプラズマエッチング
実施例24の(24−4)と同一の装置と条件を用いて、酸化ケイ素薄膜1103に第1のプラズマエッチングを実施する。酸化ケイ素薄膜に形成される構造体の構造は、実施例24で作製されたものと同じである。
(25-4) First Plasma Etching First plasma etching is performed on the silicon oxide thin film 1103 using the same apparatus and conditions as in (24-4) of Example 24. The structure of the structure formed on the silicon oxide thin film is the same as that produced in Example 24.

(25−5)第2のプラズマエッチング
次に、上記、酸化ケイ素薄膜に形成された微細構造体1104を介して、チタニアメソ構造体膜に、同じ装置を用いて第2のプラズマエッチングを実施する。第2のプラズマエッチングの条件は、実施例24の(24−5)に記載したのと同一の条件である。エッチング時間も実施例24と同じ10分間とする。この第2のプラズマエッチングの条件においては、チタニアメソ構造体膜のエッチングレートは30nmであるのに対して、酸化ケイ素薄膜のエッチングレートは15nmとなり、酸化ケイ素薄膜の方が、エッチングレートが遅いことが確認される。
(25-5) Second Plasma Etching Next, the second plasma etching is performed on the titania mesostructured film using the same apparatus through the microstructure 1104 formed on the silicon oxide thin film. The conditions for the second plasma etching are the same as those described in (24-5) of Example 24. The etching time is also 10 minutes, the same as in Example 24. Under the conditions of the second plasma etching, the etching rate of the titania meso structure film is 30 nm, whereas the etching rate of the silicon oxide thin film is 15 nm, and the etching rate of the silicon oxide thin film is slower. It is confirmed.

第2のプラズマエッチング後、酸化ケイ素薄膜は完全に除去され、露出したチタニアメソ構造体膜には、円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、微細構造体1106が得られる。図1(b)の模式図に示す数値の平均値は、それぞれ、H=220nm、Θ=13度、p=D=60nm、H/D=3.7、凸部の密度は7.2×1010個/cmと見積もられる。各凸部の間隔の分布はσ=15nmの正規分布、σ/pは0.25であり、複数の凸部がランダムな配置でチタニアメソ構造体膜表面を覆い尽くすように形成されていることが確認される。 After the second plasma etching, the silicon oxide thin film is completely removed, and a plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other in the exposed titania mesostructure film, whereby a microstructure 1106 is obtained. The average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 220 nm, Θ = 13 degrees, p = D = 60 nm, H / D = 3.7, and the density of the protrusions is 7.2 ×. It is estimated at 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the protrusions is a normal distribution of σ = 15 nm, and σ / p is 0.25, and the plurality of protrusions are formed in a random arrangement so as to cover the surface of the titania mesostructure film. It is confirmed.

本実施例で作製した、複数の微細な凸部を有するチタニアメソ構造体から構成される構造体を形成した光学ガラス基板の反射率は、2.6%で、コーティングを施していない光学ガラスの反射率の1/2以下の低反射が実現できることが確認される。   The reflectance of the optical glass substrate formed with the structure composed of the titania meso structure having a plurality of fine convex portions produced in this example is 2.6%, and the reflectance of the optical glass without coating is applied. It is confirmed that low reflection of 1/2 or less of the rate can be realized.

(実施例26)
実施例26では、光学ガラス基板上に、ジルコニアメソ構造体膜を形成した上に、該ジルコニアメソ構造体よりもエッチングレートの小さい緻密な酸化ジルコニウム薄膜を形成して、積層膜を作製し、先ず表面の酸化ジルコニウム薄膜に対して第1のプラズマエッチングを行って、酸化ジルコニウム薄膜に複数の微細な凸部を有する構造体を形成し、続いて、前記酸化ジルコニウム薄膜に形成された構造体を介して、下地のジルコニアメソ構造体膜に対して第2のプラズマエッチング行うことで、ジルコニアメソ構造体膜にアスペクト比の大きな複数の微細な凸部を有する構造体を形成する例について記載する。
本実施例も、図11を用いて説明する。
(Example 26)
In Example 26, a zirconia mesostructure film was formed on an optical glass substrate, and a dense zirconium oxide thin film having an etching rate smaller than that of the zirconia mesostructure was formed to produce a laminated film. A first plasma etching is performed on the zirconium oxide thin film on the surface to form a structure having a plurality of fine protrusions on the zirconium oxide thin film, and subsequently, through the structure formed on the zirconium oxide thin film. An example in which a structure having a plurality of fine protrusions having a large aspect ratio is formed in the zirconia mesostructure film by performing second plasma etching on the underlying zirconia mesostructure film will be described.
This embodiment will also be described with reference to FIG.

(26−1)基板準備
基体1101として、屈折率1.6の光学ガラス基板を準備する。
(26-1) Substrate preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.6 is prepared as the base 1101.

(26−2)ジルコニアメソ構造体膜形成
実施例4の(4−2)と同じ工程によってジルコニアメソ構造体膜1102を形成する。得られる膜の構造は、実施例4で記載したものと同じである。
(26-2) Formation of Zirconia Mesostructure Film A zirconia mesostructure film 1102 is formed by the same process as (4-2) of the fourth embodiment. The structure of the resulting film is the same as that described in Example 4.

(26−3)酸化ジルコニウム薄膜の作製
マグネトロンスパッタリングにより、膜厚350nmの酸化ジルコニウム薄膜1103を形成する。
(26-3) Production of Zirconium Oxide Thin Film A zirconium oxide thin film 1103 having a thickness of 350 nm is formed by magnetron sputtering.

(26−4)第1のプラズマエッチング
実施例24の(24−4)と同一の装置と条件を用いて、酸化ジルコニウム薄膜1103に第1のプラズマエッチングを実施する。
(26-4) First Plasma Etching Using the same apparatus and conditions as in (24-4) of Example 24, the first plasma etching is performed on the zirconium oxide thin film 1103.

第1のプラズマエッチング後の酸化ジルコニウム薄膜1103には、円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、微細構造体が得られる。図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=60nm、Θ=25度、p=D=55nm、H/D=1.09、凸部の密度は6.5×1010個/cmと見積もられる。各凸部の間隔の分布はσ=18nmの正規分布、σ/pは0.36であり、複数の凸部がランダムな配置で酸化ジルコニウム薄膜表面を覆い尽くすように形成される。この第1のプラズマエッチングは、実施例21で述べたように、エッチングレートが10nm/min以下になるように行う必要がある。 On the zirconium oxide thin film 1103 after the first plasma etching, a plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other to obtain a fine structure. The average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 60 nm, Θ = 25 degrees, p = D = 55 nm, H / D = 1.09, and the density of the convex portions is 6.5 × 10. Estimated at 10 / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution of σ = 18 nm, and σ / p is 0.36, and the plurality of convex portions are formed in a random arrangement so as to cover the surface of the zirconium oxide thin film. As described in Example 21, this first plasma etching needs to be performed so that the etching rate is 10 nm / min or less.

形成した複数の微細凸部を有する構造体1104について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行った後、フッ素原子が微細構造体表面から深さ方向にわたり20nmの深さまで確認され、表面から20nmの深さにおけるフッ素原子の量は酸化ジルコニウム薄膜を構成するZr原子に対して35%と求められる。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置から、フッ素原子はZr原子と結合している事が確認できる。この事は、フッ素を酸化ジルコニウム薄膜1103内に含有させながら第1のプラズマエッチングが進行した事を示している。   The structure 1104 having a plurality of fine protrusions formed was subjected to composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy, and then fluorine atoms were confirmed to a depth of 20 nm from the surface of the microstructure to the depth direction. The amount of fluorine atoms at a depth of 20 nm from the surface is determined to be 35% with respect to Zr atoms constituting the zirconium oxide thin film. In addition, it can confirm that the fluorine atom has couple | bonded with the Zr atom from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy analysis. This indicates that the first plasma etching has progressed while fluorine is contained in the zirconium oxide thin film 1103.

(26−5)第2のプラズマエッチング
次に、上記、酸化ジルコニウム薄膜に形成された微細構造体1104を介して、ジルコニアメソ構造体膜に、同じ装置を用いて第2のプラズマエッチングを実施する。第2のプラズマエッチングの条件は、実施例24の(24−5)に記載したのと同一の条件である。エッチング時間は15分間とする。この第2のプラズマエッチングの条件においては、ジルコニアメソ構造体膜のエッチングレートは25nmであるのに対して、酸化ジルコニウム薄膜のエッチングレートは10nmとなり、酸化ジルコニウム薄膜の方が、エッチングレートが遅いことが確認される。
(26-5) Second Plasma Etching Next, the second plasma etching is performed on the zirconia mesostructured film using the same apparatus via the microstructure 1104 formed on the zirconium oxide thin film. . The conditions for the second plasma etching are the same as those described in (24-5) of Example 24. The etching time is 15 minutes. Under the conditions of the second plasma etching, the etching rate of the zirconia mesostructured film is 25 nm, whereas the etching rate of the zirconium oxide thin film is 10 nm, and the etching rate of the zirconium oxide thin film is slower. Is confirmed.

第2のプラズマエッチングの後、酸化ジルコニウム薄膜は完全に除去され、露出したジルコニアメソ構造体膜には、円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、微細構造体1106が得られる。図1(b)の模式図に示す数値の平均値は、それぞれ、H=170nm、Θ=13度、p=D=55nm、H/D=3.1、凸部の密度は6.5×1010個/cmと見積もられる。各凸部の間隔の分布はσ=18nmの正規分布、σ/pは0.36であり、複数の凸部がランダムな配置でジルコニアメソ構造体膜表面を覆い尽くすように形成されていることが確認される。 After the second plasma etching, the zirconium oxide thin film is completely removed, and the exposed zirconia mesostructure film is formed with a plurality of conical protrusions adjacent to each other, whereby a microstructure 1106 is obtained. . The average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 170 nm, Θ = 13 degrees, p = D = 55 nm, H / D = 3.1, and the density of the convex portions is 6.5 ×. It is estimated at 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution of σ = 18 nm, and σ / p is 0.36, and the plurality of convex portions are formed so as to cover the surface of the zirconia mesostructured film in a random arrangement. Is confirmed.

本実施例で作製した、複数の微細な凸部を有するジルコニアメソ構造体から構成される構造体を形成した光学ガラス基板の反射率は、2.5%で、コーティングを施していない光学ガラスの反射率の1/2以下の低反射が実現できることが確認される。   The reflectivity of the optical glass substrate formed with the structure composed of the zirconia meso structure having a plurality of fine convex portions produced in this example is 2.5%, and the optical glass substrate without coating is used. It is confirmed that low reflection of 1/2 or less of the reflectance can be realized.

(実施例27)
実施例27は、基板上に形成したシリカメソ構造体膜1002に対してプラズマエッチングを施す際に、エッチングチャンバーの部材に起因するアルミニウムを含むコンタミネーション1003を、島状に堆積させながらエッチングを進行させ、複数の、底部から先端に向かう方向に沿って垂直な面で前記凸部を切断した時の断面の面積が、前記方向に沿って小さくなる形状のピラー状凸部1004を有する構造体を得、ポーラス化した後、メソ孔内にチタニアを導入することにより、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。図10を用いて本実施例を説明する。
(Example 27)
In Example 27, when plasma etching is performed on the silica mesostructured film 1002 formed on the substrate, the etching is performed while depositing contamination 1003 containing aluminum resulting from the members of the etching chamber in an island shape. A structure having a plurality of pillar-shaped convex portions 1004 having a shape in which the area of a cross section when the convex portions are cut along a plane perpendicular to the direction from the bottom to the tip is reduced along the direction is obtained. An example will be described in which, after being porous, titania is introduced into the mesopores, thereby matching the refractive index of the structure and the optical glass substrate to obtain an optical member having antireflection ability. The present embodiment will be described with reference to FIG.

(27−1)基板準備
基板1001として屈折率1.6の光学ガラス基板を準備する。
(27-1) Substrate Preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.6 is prepared as the substrate 1001.

(27−2)シリカメソ構造体膜形成
実施例1の(1−1)から(1−2)と同じ方法で、光学ガラス基板1001上にシリカメソ構造体膜1002を形成した。得られた膜の構造は、実施例1で作製したものと実質的に同じ構造を有するものである。
(27-2) Formation of Silica Mesostructure Film A silica mesostructure film 1002 was formed on the optical glass substrate 1001 by the same method as (1-1) to (1-2) in Example 1. The structure of the obtained film has substantially the same structure as that produced in Example 1.

(27−3)プラズマエッチング
上記シリカメソ構造体膜1002に、実施例1〜26で使用したものと同じ、ICP型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件でプラズマエッチングを施した。
反応性ガス:SF6
ガス流量:20sccm
圧力 :0.3Pa
ICPパワー:100W
Biasパワー:20W
エッチング時間:24分間
プラズマエッチング後のシリカメソ構造体膜表面には高さの揃った複数のピラー状の凸部が互いに隣接するように形成された微細構造体1004が得られた。個々のピラー状の凸部は、その底部から先端に向う方向に垂直な面で凸部を切断した時の断面の面積が当該方向に沿って小さくなる形状を有していた。本実施例で作製された複数のピラー凸部を有する微細構造体の走査電子顕微鏡写真を図18(鳥瞰図)に示す。図18(b)は図18(a)の高倍率像である。図1(b)の模式図に示す数値の平均値は、それぞれ、H=450nm、p=90nm、D=90nm、T=50nm、H/D=5.0と求められた。凸部の密度は5.2×1010個/cmと見積もられた。ピラー状構造の間隔の分布はσ=30nmの正規分布であり、σ/pは0.42であった。
(27-3) Plasma Etching The silica mesostructured film 1002 was subjected to plasma etching under the following conditions using the same ICP type plasma etching apparatus as used in Examples 1 to 26.
Reactive gas: SF 6
Gas flow rate: 20sccm
Pressure: 0.3 Pa
ICP power: 100W
Bias power: 20W
Etching time: 24 minutes
A microstructure 1004 was obtained in which a plurality of pillar-shaped convex portions having a uniform height were formed adjacent to each other on the surface of the silica mesostructured film after plasma etching. Each pillar-shaped convex portion had a shape in which the area of the cross section when the convex portion was cut along a plane perpendicular to the direction from the bottom portion toward the tip thereof was reduced along the direction. FIG. 18 (bird's eye view) shows a scanning electron micrograph of the microstructure having a plurality of pillar protrusions manufactured in this example. FIG. 18B is a high-magnification image of FIG. The average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B were obtained as H = 450 nm, p = 90 nm, D = 90 nm, T = 50 nm, and H / D = 5.0, respectively. The density of the protrusions was estimated to be 5.2 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the spacing between the pillar-shaped structures was a normal distribution with σ = 30 nm, and σ / p was 0.42.

プラズマエッチング後の微細構造体1004について、エックス線光電子分光法により組成分析を行ったところ、微細構造体を構成する組成であるSi、Oとエッチングガスの組成であるF原子に加え、Alが5%の元素比率で検出された。Alはエッチング装置の内部の構成材料に含まれる元素であり、プラズマエッチング中にコンタミネーションとしてシリカメソ構造体膜表面に飛散し、島状に堆積したものである。Alはフッ素系のガスと蒸気圧の低いAlFを形成し、シリカのエッチングを強く妨げる。この結果、上記のような、高さの揃った、複数のピラー状の微細な凸部を有する構造体が形成される。 Composition analysis of the microstructure 1004 after plasma etching was performed by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, 5% Al was added to Si and O, which are the composition of the microstructure, and F atoms which are the composition of the etching gas. The element ratio was detected. Al is an element contained in the constituent material inside the etching apparatus, and is scattered on the surface of the silica mesostructured film as a contamination during plasma etching and deposited in an island shape. Al forms a fluorine-based gas and AlF 3 having a low vapor pressure, and strongly inhibits etching of silica. As a result, the structure having a plurality of fine pillar-shaped convex portions having the same height as described above is formed.

(27−4)多孔質化
形成したメソ構造体膜を、実施例2の(2−2−3)と同様に、焼成炉にて大気雰囲気下で400℃4時間焼成し、鋳型として、細孔中に保持されていた有機成分を除去して、メソポーラスシリカ膜とした。
(27-4) Porousization The formed mesostructured film was baked at 400 ° C. for 4 hours in an air atmosphere in a baking furnace in the same manner as in (2-2-3) of Example 2, and a fine mold was used as a mold. The organic component retained in the pores was removed to obtain a mesoporous silica film.

(27−5)メソ孔内への無機材料導入
上記の工程で作製された、複数のピラー状の凸部を有するメソポーラスシリカ膜から成る構造体のメソ孔内に、実施例7の(7−4)と同じ減圧CVD法によって、チタニアを導入する。CVDの条件は、実施例7の(7−4)に記載したものと同じで、時間は5時間とした。本実施例の、複数のピラー状凸部を有する構造体の場合にも、この条件のCVDによって、微細構造体表面から基板界面近傍までTi原子がTi/Si原子比率で均一になるように導入されていることが、エックス線光電子分光法による分析で明らかとなり、Ti原子はTi/Si原子比率で45%程度導入されていることがわかった。この比率は、メソ孔の充填率60%に相当する。この条件は、チタニア導入後のメソポーラスシリカ膜の屈折率が1.6になる条件である。エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からTi原子はTiOとして存在している事が確認できる。得られた構造体は、ピラー状の凸の底部から先端に向う方向に有見かけの屈折率が小さくなっており、それは、底部から先端に向う方向に垂直な面で切断した時の断面の面積が当該方向に沿って小さくなる個々のピラー状凸部の形態に起因する。
(27-5) Introduction of inorganic material into mesopores In the mesopores of the structure made of the mesoporous silica film having a plurality of pillar-shaped convex portions, which was produced in the above-described step, (7- Titania is introduced by the same low pressure CVD method as in 4). The CVD conditions were the same as those described in Example 7 (7-4), and the time was 5 hours. Also in the case of the structure having a plurality of pillar-shaped protrusions in this example, the CVD is performed under this condition so that Ti atoms are uniform in the Ti / Si atomic ratio from the surface of the microstructure to the vicinity of the substrate interface. It was clarified by the analysis by X-ray photoelectron spectroscopy, and it was found that about 45% of Ti atoms were introduced at a Ti / Si atomic ratio. This ratio corresponds to a mesopore filling rate of 60%. This condition is a condition that the refractive index of the mesoporous silica film after introduction of titania is 1.6. It can be confirmed from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy that Ti atoms exist as TiO 2 . The resulting structure has a small apparent refractive index in the direction from the bottom of the pillar-shaped convex toward the tip, which is the area of the cross section when cut by a plane perpendicular to the direction from the bottom to the tip. This is due to the form of individual pillar-shaped convex portions that become smaller along the direction.

(27−5)反射率測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行った。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入した、複数のピラー状凸部を有するメソポーラスシリカから構成される構造体を形成した光学ガラスの反射率は0.5%であった。比較として反射防止構造を設けない、光学ガラス基板の反射率を同様な方法で測定すると5%であり、本実施例で作製した、屈折率の制御された、複数の微細凸部を有する構造体形成により、反射率が低減されている事が確認された。
(27-5) Reflectance measurement The reflectance was measured by the same method as (1-4) in Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm was calculated, a structure composed of mesoporous silica having a plurality of pillar-shaped convex portions, in which titania was introduced into the pores, produced in this example was formed. The reflectance of the optical glass was 0.5%. For comparison, the reflectance of an optical glass substrate, which is not provided with an antireflection structure, is 5% when measured by the same method, and is a structure having a plurality of fine convex portions with a controlled refractive index, which is manufactured in this example. It was confirmed that the reflectance was reduced by the formation.

(実施例28)
実施例28では、曲率を有する基板上に、実施例27と同じ構成の、メソ孔内にチタニアを導入したメソポーラスシリカ膜で構成される、複数のピラー状の微細な凸部を有する構造体を形成し、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。
(Example 28)
In Example 28, a structure having a plurality of minute protrusions in the form of pillars composed of a mesoporous silica film having the same configuration as in Example 27 and having titania introduced into mesopores on a substrate having curvature. An example of forming an optical member having antireflection ability will be described.

(28−1)基板準備
基板として、凸面の曲率半径60mm、凹面の曲率半径25mmのレンズを準備する。レンズの材質は、実施例7で用いた光学ガラスである。
(28-1) Substrate preparation As a substrate, a lens having a convex curvature radius of 60 mm and a concave curvature radius of 25 mm is prepared. The material of the lens is the optical glass used in Example 7.

(28−2)シリカメソ構造体膜形成
(28−2−1)シリカメソ構造体膜の前駆体溶液調製
実施例1の(1−2−1)と同じ工程で、実施例1と同じシリカメソ構造体の前駆体溶液を作製する。
(28-2) Silica Mesostructure Film Formation (28-2-1) Precursor Solution Preparation of Silica Mesostructure Film Same silica mesostructure as Example 1 in the same process as (1-2-1) of Example 1 A precursor solution is prepared.

(28−2−2)シリカメソ構造体膜の成膜
実施例19の(19−2−2)と同じ工程で、実施例19で作製したものと同じシリカメソ構造体膜を、凸面を有する基板、凹面を有する基板上にそれぞれ成膜する。
(28-2-2) Formation of Silica Mesostructured Film In the same process as (19-2-2) of Example 19, the same silica mesostructured film as that produced in Example 19 was formed on a substrate having a convex surface, Each film is formed on a substrate having a concave surface.

(28−3)プラズマエッチング
凸面基板、及び凹面基板上に形成した、上記シリカメソ構造体膜に、実施例27の(27−3)と同じ装置と条件、時間で、プラズマエッチングを施す。電子顕微鏡による観察により、曲面を有する基板上に形成したシリカメソ構造体膜にも、実施例27で平板基板上のシリカメソ構造体膜に形成されたのと実質的に同一の構造の、複数のピラー状の微細凸部から構成される構造体が形成されることが確認される。また、実施例27同様、表面にはエッチング装置の内部の構成材料に含まれるAlが検出され、実施例27に記載の機構により、このピラー状微細凸部が形成されることが確認される。
(28-3) Plasma Etching The silica mesostructured film formed on the convex substrate and the concave substrate is subjected to plasma etching under the same apparatus, conditions and time as in (27-3) of Example 27. A plurality of pillars having substantially the same structure as that formed in the silica mesostructured film on the flat substrate in Example 27 were also observed in the silica mesostructured film formed on the curved substrate by observation with an electron microscope. It is confirmed that a structure composed of fine convex portions is formed. Further, similarly to Example 27, Al contained in the constituent material inside the etching apparatus is detected on the surface, and it is confirmed by the mechanism described in Example 27 that this pillar-shaped fine convex portion is formed.

(28−4)多孔質化
形成したメソ構造体膜を、実施例2の(2−2−3)と同様に、焼成炉にて大気雰囲気下で400℃4時間焼成し、鋳型として、細孔中に保持されていた有機成分を除去して、メソポーラスシリカ膜とする。
(28-4) Porousization The formed mesostructured film was fired in an atmosphere at 400 ° C. for 4 hours in a firing furnace in the same manner as in Example 2 (2-2-3), and the fine film was used as a mold. The organic component held in the pores is removed to obtain a mesoporous silica film.

(28−5)メソ孔内への無機材料導入
上記の工程で作製された、複数のピラー状の凸部を有するメソポーラスシリカ膜から成る構造体のメソ孔内に、実施例7の(7−4)と同じ減圧CVD法によって、チタニアを導入する。チタニア導入後の、本発明の構造体の膜のエックス線光電子分光法による分析の結果、本実施例でも実施例28とほぼ同じ、メソ孔内へのチタニア導入が確認される。
(28-5) Inorganic material introduction into mesopores In the mesopores of the structure made of the mesoporous silica film having a plurality of pillar-shaped convex portions, produced in the above-described step, (7- Titania is introduced by the same low pressure CVD method as in 4). As a result of analysis by X-ray photoelectron spectroscopy of the film of the structure of the present invention after the introduction of titania, the introduction of titania into the mesopores was confirmed in this example as well as in Example 28.

(28−6)反射率の測定
実施例19の(19−5)で、曲率を有する基板に対して行ったのと同じ方法で、反射率の測定を行う。本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入したメソポーラスシリカから構成される、複数のピラー状凸部を有する構造体を形成した、レンズの反射率は、凹レンズ、凸レンズともに、約0.5%と求められる。これより、本実施例で作製した、屈折率の制御された、複数の微細凸部を有する構造体形成により、曲面を有する基板の反射率が低減される事が確認される。
(28-6) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as in Example 19 (19-5) performed on a substrate having curvature. The reflectance of the lens having a structure having a plurality of pillar-shaped convex portions formed of mesoporous silica in which titania is introduced into the pores produced in this example is about 0. 0 for both the concave lens and the convex lens. 5% is required. From this, it is confirmed that the reflectance of the substrate having a curved surface is reduced by forming a structure having a plurality of fine convex portions with a controlled refractive index manufactured in this example.

(実施例29)
実施例29は、基板上に形成したチタニアメソ構造体膜1002に対してプラズマエッチングを施す際に、エッチングチャンバーの部材に起因するアルミニウムを含むコンタミネーション1003を、島状に堆積させながらエッチングを進行させ、複数の、底部から先端に向かう方向で切断した時の断面の面積が当該方向に沿って減少する形状のピラー状凸部1004を有する構造体を得、メソ孔内にシリカを導入した後有機成分を除去し、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。
(Example 29)
In Example 29, when plasma etching is performed on the titania mesostructure film 1002 formed on the substrate, the etching is performed while depositing contamination 1003 containing aluminum caused by the members of the etching chamber in an island shape. Obtaining a plurality of structures having pillar-shaped convex portions 1004 having a shape in which a cross-sectional area when cut in the direction from the bottom toward the tip decreases along the direction, and introducing silica into the mesopores An example will be described in which components are removed and the refractive index of the structure and the optical glass substrate are matched to obtain an optical member having antireflection ability.

(29−1)基板準備
基板1001として屈折率1.7の光学ガラス基板を準備する。
(29-1) Substrate Preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.7 is prepared as the substrate 1001.

(29−2)チタニアメソ構造体膜形成
実施例3の(3−2−1)から(3−2−2)に記載したのと同じ工程により、実施例3に記載したものと基本的に同一の構造を有するチタニアメソ構造体膜を作製する。
(29-2) Titania mesostructure film formation Basically the same as described in Example 3 by the same steps as described in (3-2-1) to (3-2-2) of Example 3. A titania mesostructured film having the following structure is prepared.

(29−3)プラズマエッチング
実施例27の(27−3)と同じ装置、条件でプラズマエッチングを行い、チタニアメソ構造体膜に、複数のピラー状の微細凸部から構成される構造体を形成する。
(29-3) Plasma etching Plasma etching is performed with the same apparatus and conditions as in (27-3) of Example 27 to form a structure composed of a plurality of pillar-shaped fine convex portions on the titania mesostructure film. .

プラズマエッチング後のチタニアメソ構造体膜表面には高さの揃った複数のピラー状の凸部が互いに隣接するように形成された微細構造体1004が得られる。個々のピラー状の凸部は、その底部から先端に向う方面で切断した時の断面の面積が当該方向沿って小さくなる形状を有している。得られた構造体の解析より、図1(b)の模式図に示す数値の平均値は、それぞれ、H=500nm、p=90nm、D=90nm、T=50nm、H/D=5.6と求められる。凸部の密度は5.2×1010個/cmと見積もられる。ピラー状構造の間隔の分布はσ=30nmの正規分布であり、σ/pは0.42である。 A microstructure 1004 is obtained on the surface of the titania mesostructured film after plasma etching, in which a plurality of pillar-shaped protrusions having a uniform height are formed adjacent to each other. Each pillar-shaped convex part has a shape in which the area of the cross section when cut in the direction from the bottom part toward the tip is reduced along the direction. From the analysis of the obtained structure, the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 500 nm, p = 90 nm, D = 90 nm, T = 50 nm, and H / D = 5.6, respectively. Is required. The density of the protrusions is estimated to be 5.2 × 10 10 pieces / cm 2 . The interval distribution of the pillar structure is a normal distribution of σ = 30 nm, and σ / p is 0.42.

ピラー状の微細凸部を形成した後の、チタニアメソ構造体膜表面のエックス線光電子分光分析によって、膜表面には、メソ構造体を構成する組成であるTi、O、Cとエッチングガスの組成であるF原子に加え、Alが5%の元素比率で検出された。Alはエッチング装置の内部の構成材料に含まれる元素であり、プラズマエッチング中にコンタミネーションとしてチタニアメソ構造体膜表面に飛散し、島状に堆積したものである。   The X-ray photoelectron spectroscopic analysis of the titania mesostructure film surface after the formation of the pillar-shaped fine protrusions reveals that the film surface has a composition of Ti, O, C and etching gas constituting the mesostructure. In addition to F atoms, Al was detected at an element ratio of 5%. Al is an element contained in a constituent material inside the etching apparatus, and is scattered on the surface of the titania mesostructure film as a contamination during plasma etching and deposited in an island shape.

(29−4)メソ孔内へのシリカの導入
上記のように作製した、複数のピラー状の微細凸部を有する構造体を形成したチタニアメソ構造体を作製した基板を、TMOSの蒸気に暴露することで、メソ孔内にシリカを導入し、続いて有機成分を除去する。この工程は、実施例10の(10−4)と同じ工程である。エックス線光電子分光法による深さ方向分析により、シリカ導入後の、微細ピラー状凸部を形成したチタニアメソ構造体膜中では、Si原子がTi原子比率で約49%程度、均一に導入されていることがわかる。
(29-4) Introduction of silica into mesopores The substrate on which the titania mesostructure formed with the structure having a plurality of pillar-shaped fine protrusions prepared as described above is exposed to TMOS vapor. Thus, silica is introduced into the mesopores, and then organic components are removed. This step is the same step as (10-4) in Example 10. In the titania mesostructured film with fine pillar-shaped protrusions after silica introduction, Si atoms are uniformly introduced in a Ti atomic ratio of about 49% by depth direction analysis by X-ray photoelectron spectroscopy. I understand.

(29−5)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にシリカを導入した、複数のピラー状凸部を有するメソポーラスチタニアから構成される構造体を形成した光学ガラスの反射率は0.4%である。これより、本実施例で作製した、屈折率の制御された、複数の微細凸部を有する構造体形成により、基板の反射率が低減される事が確認される。
(29-5) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm was calculated, a structure composed of mesoporous titania having a plurality of pillar-shaped convex portions, in which silica was introduced into the pores, formed in this example was formed. The reflectance of the optical glass is 0.4%. From this, it is confirmed that the reflectance of the substrate is reduced by forming a structure having a plurality of fine convex portions with a controlled refractive index produced in this example.

(実施例30)
実施例30は、基板上に形成したジルコニアメソ構造体膜1002に対してプラズマエッチングを施す際に、エッチングチャンバーの部材に起因するアルミニウムを含むコンタミネーション1003を、島状に堆積させながらエッチングを進行させ、複数の、底部から先端に向かう方向で切断した時の断面の面積が当該方向に沿って減少する形状のピラー状凸部1004を有する構造体を得、メソ孔内にシリカを導入した後有機成分を除去し、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。
(Example 30)
In Example 30, when plasma etching is performed on the zirconia mesostructured film 1002 formed on the substrate, the etching is performed while the contamination 1003 containing aluminum resulting from the members of the etching chamber is deposited in an island shape. After obtaining a structure having a plurality of pillar-shaped convex portions 1004 having a shape in which the cross-sectional area when cutting in the direction from the bottom toward the tip decreases along the direction, and introducing silica into the mesopores An example will be described in which an organic component is removed, the refractive index of the structure and the optical glass substrate are matched, and an optical member having antireflection ability is obtained.

(30−1)基板準備
基板1001として屈折率1.7の光学ガラス基板を準備する。
(30-1) Substrate Preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.7 is prepared as the substrate 1001.

(30−2)ジルコニアメソ構造体膜形成
実施例4の(4−2−1)から(4−2−2)に記載したのと同じ工程により、実施例4に記載したものと基本的に同一の構造を有するジルコニアメソ構造体膜を作製する。
(30-2) Zirconia Mesostructured Film Formation Basically as described in Example 4 by the same steps as described in (4-2-1) to (4-2-2) of Example 4. A zirconia mesostructured film having the same structure is produced.

(30−3)プラズマエッチング
実施例27の(27−3)と同じ装置、条件でプラズマエッチングを行い、ジルコニアメソ構造体膜に、複数のピラー状の微細凸部から構成される構造体を形成する。エッチング時間のみ変更し、18分間とする。
(30-3) Plasma etching Plasma etching is performed under the same apparatus and conditions as in (27-3) of Example 27 to form a structure composed of a plurality of pillar-shaped fine protrusions on the zirconia mesostructure film. To do. Only the etching time is changed to 18 minutes.

プラズマエッチング後のジルコニアメソ構造体膜表面には高さの揃った複数のピラー状の凸部が互いに隣接するように形成された微細構造体1004が得られる。個々のピラー状の凸部は、その底部から先端に向う方向に垂直な面で切断した時の断面の面積が当該方向に沿って小さくなる形状を有している。得られた構造体の解析より、図1(b)の模式図に示す数値の平均値は、それぞれ、H=400nm、p=90nm、D=90nm、T=50nm、H/D=4.4と求められる。凸部の密度は5.2×1010個/cmと見積もられる。ピラー状構造の間隔の分布はσ=30nmの正規分布であり、σ/pは0.42である。 A microstructure 1004 is obtained in which a plurality of pillar-shaped convex portions having a uniform height are formed adjacent to each other on the surface of the zirconia mesostructure film after plasma etching. Each pillar-shaped convex part has a shape in which the area of a cross section when cut by a plane perpendicular to the direction from the bottom part toward the tip is reduced along the direction. From the analysis of the obtained structure, the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 400 nm, p = 90 nm, D = 90 nm, T = 50 nm, and H / D = 4.4, respectively. Is required. The density of the protrusions is estimated to be 5.2 × 10 10 pieces / cm 2 . The interval distribution of the pillar structure is a normal distribution of σ = 30 nm, and σ / p is 0.42.

ピラー状の微細凸部を形成した後の、ジルコニアメソ構造体膜表面のエックス線光電子分光分析によって、膜表面には、メソ構造体を構成する組成であるZr、O、Cとエッチングガスの組成であるF原子に加え、Alが5%の元素比率で検出された。Alはエッチング装置の内部の構成材料に含まれる元素であり、プラズマエッチング中にコンタミネーションとしてジルコニアメソ構造体膜表面に飛散し、島状に堆積したものである。   The Xr-ray photoelectron spectroscopic analysis of the surface of the zirconia mesostructure film after the formation of the pillar-shaped fine protrusions reveals that the film surface has the composition of Zr, O, C and etching gas constituting the mesostructure. In addition to certain F atoms, Al was detected at an element ratio of 5%. Al is an element contained in the constituent material inside the etching apparatus, and is scattered on the surface of the zirconia mesostructure film as a contamination during plasma etching and deposited in an island shape.

(30−4)メソ孔内へのシリカの導入
上記のように作製した、複数のピラー状の微細凸部を有する構造体を形成したジルコニアメソ構造体を作製した基板を、TMOSの蒸気に暴露することで、メソ孔内にシリカを導入し、続いて有機成分を除去する。この工程は、実施例11の(11−4)と同じ工程である。エックス線光電子分光法による深さ方向分析により、シリカ導入後の、微細ピラー状凸部を形成したジルコニアメソ構造体膜中では、Si原子がZr原子比率で約49%程度、均一に導入されていることがわかる。
(30-4) Introduction of silica into mesopores The substrate on which a zirconia mesostructure formed with a structure having a plurality of pillar-shaped fine protrusions prepared as described above was exposed to TMOS vapor. As a result, silica is introduced into the mesopores, and then organic components are removed. This step is the same step as (11-4) in Example 11. In the zirconia mesostructured film having fine pillar-shaped convex portions formed after silica introduction by the depth direction analysis by X-ray photoelectron spectroscopy, Si atoms are uniformly introduced at a Zr atomic ratio of about 49%. I understand that.

(30−5)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にシリカを導入した、複数のピラー状凸部を有するメソポーラスジルコニアから構成される構造体を形成した光学ガラスの反射率は0.7%である。これより、本実施例で作製した、屈折率の制御された、複数の微細凸部を有する構造体形成により、基板の反射率が低減される事が確認される。
(30-5) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm was calculated, a structure made of mesoporous zirconia having a plurality of pillar-shaped convex portions, in which silica was introduced into the pores, produced in this example was formed. The reflectance of the optical glass is 0.7%. From this, it is confirmed that the reflectance of the substrate is reduced by forming a structure having a plurality of fine convex portions with a controlled refractive index produced in this example.

(実施例31)
実施例31では、実施例2で作製した、メソポーラスシリカから構成される、複数の円錐状の微細な凸部を有する本発明の構造体に対して、疎水性のトリメチルシリル基で外部表面、及びメソ孔表面を修飾し、撥水性の膜を得た例について記載する。
(Example 31)
In Example 31, the structure of the present invention having a plurality of conical fine protrusions composed of mesoporous silica prepared in Example 2 was coated with a hydrophobic trimethylsilyl group on the outer surface and meso An example in which the pore surface is modified to obtain a water-repellent film will be described.

(31−1)メソポーラスシリカ膜への、複数の円錐状の微細な凸部を有する構造体形成
実施例2の(2−1)から(2−3)に記載した手順で、実施例2で作製したものと実質的に同じ、複数の円錐状微細凸部を有する構造体を、メソポーラスシリカ膜に形成した。構造体を特徴づける図1(b)の模式図に示す数値、凸部の密度及び分布は、実施例2で記載した値とほぼ同じであった。
(31-1) Formation of a structure having a plurality of conical fine protrusions on a mesoporous silica film According to the procedure described in (2-1) to (2-3) of Example 2, A structure having a plurality of conical fine protrusions substantially the same as the fabricated one was formed on the mesoporous silica film. The numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B that characterizes the structure, the density and distribution of the protrusions were almost the same as the values described in Example 2.

(31−2)疎水性有機基を含む官能基による表面修飾
密閉可能なデシケーター内に、上記の、複数の円錐状微細凸部を有する構造体を有するメソポーラスシリカ膜を形成した基板を設置し、デシケーター中に200μLのヘキサメチルジシラザンを投入し、密閉後、24時間室温にて静置した。ヘキサメチルジシラザンは、メソポーラスシリカ膜中に存在するシラノール基と反応して、表面に疎水性のトリメチルシリル基を共有結合によって結合させることのできるシランカップリング剤である。この反応の進行は、修飾工程後の赤外吸収スペクトルにおいてシラノール基に由来するO−H結合の吸収が減少することにより確認される。
(31-2) Surface modification with a functional group containing a hydrophobic organic group In a sealable desiccator, a substrate on which a mesoporous silica film having a structure having a plurality of conical fine protrusions is formed is installed. 200 μL of hexamethyldisilazane was put into a desiccator, and after sealing, it was allowed to stand at room temperature for 24 hours. Hexamethyldisilazane is a silane coupling agent that can react with a silanol group present in a mesoporous silica film to bond a hydrophobic trimethylsilyl group to the surface by a covalent bond. The progress of this reaction is confirmed by a decrease in the absorption of O—H bonds derived from silanol groups in the infrared absorption spectrum after the modification step.

(31−3)撥水性評価
上記工程で作製された、疎水基で表面修飾を行ったメソポーラスシリカより構成される本発明の構造体撥水性材料膜を形成した基板について、表面に水滴を滴下した際の接触角を接触角計により評価した。結果を図20(a)に示す。この時、接触角は160度となり、膜表面が極めて高い撥水性を示すことが確認された。
(31-3) Evaluation of water repellency Water droplets were dropped on the surface of the substrate formed with the structure water-repellent material film of the present invention composed of mesoporous silica that had been surface modified with a hydrophobic group, prepared in the above step. The contact angle was evaluated with a contact angle meter. The results are shown in FIG. At this time, the contact angle was 160 degrees, and it was confirmed that the film surface showed extremely high water repellency.

比較のため、複数の円錐状微細凸部を有する本発明の構造体を形成しないメソポーラスシリカ膜に、ヘキサメチルジシラザンを用いて同様の修飾を行った膜についても、同様な手法で水滴の接触角を測定した結果、図20(b)に示すように、接触角は100度であり、本発明の構造を形成した場合に、上記の極めて高い撥水性が発現されることが確認された。   For comparison, a mesoporous silica film that does not form the structure of the present invention having a plurality of conical fine protrusions is also subjected to water droplet contact in the same manner for a film that has been similarly modified using hexamethyldisilazane. As a result of measuring the angle, as shown in FIG. 20B, the contact angle was 100 degrees, and it was confirmed that the extremely high water repellency was exhibited when the structure of the present invention was formed.

(実施例32)
実施例32では、実施例2で作製した、メソポーラスシリカから構成される、複数の円錐状の微細な凸部を有する本発明の構造体に対して、疎水性の3,3,3−トリフルオロ0プロピルジメチルシリル基で外部表面、及びメソ孔表面を修飾し、撥水性の膜を得る例について記載する。
(Example 32)
In Example 32, the structure of the present invention having a plurality of fine cone-shaped convex portions made of mesoporous silica produced in Example 2 was compared with hydrophobic 3,3,3-trifluoro. An example of obtaining a water-repellent film by modifying the outer surface and the mesopore surface with 0-propyldimethylsilyl group will be described.

(32−1)メソポーラスシリカ膜への、複数の円錐状の微細な凸部を有する構造体形成実施例31の(31−1)と同じ工程で、実施例31と同じ、複数の円錐状微細凸部を有する構造体を、メソポーラスシリカ膜に形成する。 (32-1) Structure formation having a plurality of conical fine projections on the mesoporous silica film In the same step as (31-1) of Example 31, a plurality of conical fines same as Example 31 A structure having a convex portion is formed on the mesoporous silica film.

(32−2)疎水性有機基を含む官能基による表面修飾
実施例31と同様な手法によって、メソポーラスシリカ膜の表面修飾を行う。本実施例では、200μLの3,3,3−トリフルオロプロピルジメチルクロロシランを用いて表面の疎水化処理を行う。
(32-2) Surface Modification with Functional Group Containing Hydrophobic Organic Group The surface modification of the mesoporous silica film is performed in the same manner as in Example 31. In this embodiment, the surface is hydrophobized using 200 μL of 3,3,3-trifluoropropyldimethylchlorosilane.

修飾工程後の赤外吸収スペクトルにおいてシラノール基に由来するO−H結合の吸収が減少することから、このシランカップリング剤が共有結合でシラノール基のO−Hサイトに結合することが確認される。   In the infrared absorption spectrum after the modification step, the absorption of the O—H bond derived from the silanol group is decreased, so that it is confirmed that this silane coupling agent is covalently bonded to the O—H site of the silanol group. .

(32−3)撥水性評価
上記工程で作製される、疎水基で表面修飾を行ったメソポーラスシリカより構成される本発明の構造体撥水性材料膜を形成した基板について、表面に水滴を滴下した際の接触角を接触角計により評価する。本実施例で作製した構造体を形成した基板上での、水の接触角は165度となり、膜表面が極めて高い撥水性を示すことが確認される。
(32-3) Evaluation of water repellency Water droplets were dropped on the surface of the substrate formed with the structure water-repellent material film of the present invention composed of mesoporous silica that was surface-modified with a hydrophobic group, which was prepared in the above step. The contact angle is evaluated with a contact angle meter. The contact angle of water on the substrate on which the structure manufactured in this example is formed is 165 degrees, and it is confirmed that the film surface exhibits extremely high water repellency.

(実施例33)
実施例33では、周期とサイズの異なる複数の凹凸形状を有する、本発明の構造体を作製し、疎水性のトリメチルシリル基で外部表面、及びメソ孔表面を修飾し、撥水性の膜を得る例について記載する。
(Example 33)
In Example 33, an example in which a structure of the present invention having a plurality of concave and convex shapes having different periods and sizes was prepared, and the outer surface and mesopore surface were modified with a hydrophobic trimethylsilyl group to obtain a water-repellent film Is described.

(33−1)シリカメソ構造膜の作製
実施例1の(1−1)から(1−2−2)と同じ工程で、実質的に実施例1と同じ構造を有するシリカメソ構造体膜を、石英基板上に作製する。
(33-1) Production of Silica Mesostructured Film A silica mesostructured film having substantially the same structure as that of Example 1 in the same steps as (1-1) to (1-2-2) of Example 1 Fabricate on the substrate.

(33−2)第1の凹凸形状の形成
以下の工程は、図21を用いて説明する。上記工程で石英基板2102上に作製した、シリカメソ構造体膜2101表面上に、図21(b)に示すように、直径2μmのシリカ微小球2103の充填単層膜を形成する。次にこれをマスクとして用い、Arガスを用いたドライエッチング処理を施す。その結果、図21(c)に示すような、円錐状の第一の凹凸構造を表面に有するシリカメソ構造体膜2104が得られる。この時、図19(a)で示すところのp´は2μm、H´は500nmである。このドライエッチング工程では、下記の微細構造が形成されないようなエッチングガスを用いて行う。
(33-2) Formation of 1st uneven | corrugated shape The following processes are demonstrated using FIG. A filled monolayer film of silica microspheres 2103 having a diameter of 2 μm is formed on the surface of the silica mesostructured film 2101 produced on the quartz substrate 2102 in the above process, as shown in FIG. Next, using this as a mask, a dry etching process using Ar gas is performed. As a result, a silica mesostructured film 2104 having a conical first uneven structure on the surface as shown in FIG. 21C is obtained. At this time, p ′ as shown in FIG. 19A is 2 μm, and H ′ is 500 nm. This dry etching step is performed using an etching gas that does not form the following microstructure.

(33−3)多孔質化
この第1の凹凸形状を形成したシリカメソ構造体膜を、焼成炉にて大気雰囲気下で400℃4時間焼成し、鋳型として用いた有機成分を除去して、メソポーラスシリカ膜とする。
(33-3) Porousization The silica mesostructured film formed with the first concavo-convex shape was calcined at 400 ° C. for 4 hours in an air atmosphere in a calcining furnace to remove the organic component used as a mold, and mesoporous. A silica film is used.

(33−4)プラズマエッチング
実施例2の(2−3)と同じ装置、同じ条件でプラズマエッチングを施し、実施例2で平坦基板のメソポーラスシリカ膜に形成したものと実質的に同じ、複数の円錐状微細凸部から形成される構造体を形成する。構造体を特徴づける図1(b)の模式図に示す数値、凸部の密度及び分布は、実施例2で記載した値とほぼ同じである。この微細構造体の凹凸は、前記第一の凹凸構造と比較して、周期、高低差とも小さい。形成される構造体を模式的に示したのが図21(d)である。
(33-4) Plasma etching Plasma etching was performed under the same apparatus and conditions as in (2-3) of Example 2, and a plurality of substantially the same as those formed on the mesoporous silica film of the flat substrate in Example 2 A structure formed of conical fine convex portions is formed. The numerical values, the density and distribution of the convex portions shown in the schematic diagram of FIG. 1B characterizing the structure are substantially the same as the values described in the second embodiment. The unevenness of this fine structure is smaller in both the period and the height difference than the first uneven structure. FIG. 21D schematically shows the structure to be formed.

(33−5)疎水性有機基を含む官能基による表面修飾
実施例31の(31−2)と同じ工程により、メソポーラスシリカとヘキサメチルジシラザンとを反応させ、メソポーラスシリカ表面を疎水性のトリメチルシリル基で修飾する。
(33-5) Surface Modification with Functional Group Containing Hydrophobic Organic Group According to the same step as (31-2) of Example 31, mesoporous silica and hexamethyldisilazane are reacted to make the surface of hydrophobic mesoporous silica trimethylsilyl hydrophobic. Modify with group.

(33−6)撥水性評価
上記工程で作製される、疎水基で表面修飾を行った、複数の凹凸構造を有する、メソポーラスシリカより構成される本発明の構造体撥水性材料膜を形成した基板について、表面に水滴を滴下した際の接触角を接触角計により評価する。本実施例で作製した構造体を形成した基板上での、水の接触角は170度となり、膜表面が極めて高い撥水性を示すことが確認される。
(33-6) Evaluation of water repellency Substrate formed by the above-described process and having a structure water-repellent material film of the present invention composed of mesoporous silica having a plurality of concavo-convex structures, which has been subjected to surface modification with a hydrophobic group The contact angle when a water droplet is dropped on the surface is evaluated by a contact angle meter. The contact angle of water on the substrate on which the structure manufactured in this example is formed is 170 degrees, and it is confirmed that the film surface exhibits extremely high water repellency.

(実施例34)
実施例34では、実施例7に記載したのと同様に、光学ガラス基板上に成膜したメソポーラスシリカ膜に、複数の微細な凸部を有する構造体を形成した後、メソ孔内にチタニアを導入することにより、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。実施例7との相違点は、メソポーラス構造の細孔構造にあり、本実施例で記述するメソポーラスシリカ膜は、ケージ(楕円球)状細孔が、3次元的に連結した構造を有する。
(Example 34)
In Example 34, as described in Example 7, a structure having a plurality of fine protrusions was formed on a mesoporous silica film formed on an optical glass substrate, and then titania was formed in the mesopores. An example will be described in which an optical member having an antireflection ability is obtained by matching the refractive indexes of the structure and the optical glass substrate. The difference from Example 7 is in the mesoporous structure pore structure, and the mesoporous silica film described in this example has a structure in which cage (elliptical sphere) -shaped pores are three-dimensionally connected.

(34−1)基板準備
基板として屈折率1.6の光学ガラス基板を準備する。
(34-1) Substrate preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.6 is prepared as a substrate.

(34−2)メソポーラスシリカ膜形成
(34−2−1)シリカメソ構造体膜の前駆体溶液調製
メソ構造体の前駆体溶液は、エタノール、0.01M塩酸、テトラエトキシシランを加え20分間混合した溶液にブロックポリマーのエタノール溶液を加え、3時間攪拌して調製される。ブロックポリマーとしては、EO(20)PO(70)EO(20)を使用する。エタノールにかえてメタノール、プロパノール、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトニトリルを使用することも可能である。混合比(モル比)は、テトラエトキシシラン:1.0、HCl:0.0011、水:6.1エタノール:8.7、ブロックポリマー:0.0048とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。
(34-2) Formation of Mesoporous Silica Film (34-2-1) Preparation of Precursor Solution of Silica Mesostructure Film The precursor solution of mesostructure was added with ethanol, 0.01M hydrochloric acid and tetraethoxysilane and mixed for 20 minutes. The solution is prepared by adding an ethanol solution of a block polymer to the solution and stirring for 3 hours. As the block polymer, EO (20) PO (70) EO (20) is used. It is also possible to use methanol, propanol, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, or acetonitrile instead of ethanol. The mixing ratio (molar ratio) is tetraethoxysilane: 1.0, HCl: 0.0011, water: 6.1 ethanol: 8.7, and block polymer: 0.0048. The solution is appropriately diluted and used for the purpose of adjusting the film thickness.

(34−2−2)シリカメソ構造体膜の成膜
実施例1の(1−2−2)で記述したのと同じディップコーティングにより、前記光学ガラス基板上にシリカメソ構造体膜を成膜する。
(34-2-2) Formation of Silica Mesostructure Film A silica mesostructure film is formed on the optical glass substrate by the same dip coating as described in (1-2-2) of Example 1.

(34−2−3)多孔質化
実施例2の(2−2−3)と同じ条件で焼成し、有機成分を除去し、メソポーラスシリカ膜とする。このメソポーラスシリカ膜断面を走査電子顕微鏡で観察すると、本実施例で作製した膜中では、均一な径の楕円球状のメソ孔が、六方細密充填構造をとって周期的に配置されていることが分かる。この膜中のメソ孔の周期的配置は、X線回折分析において、構造周期7.4nmに対応する回折ピークを確認することができることによって確認できる。
(34-2-3) Porousization It is baked under the same conditions as (2-2-3) of Example 2 to remove organic components to obtain a mesoporous silica film. When this cross section of the mesoporous silica film is observed with a scanning electron microscope, in the film produced in this example, elliptical mesopores having a uniform diameter are periodically arranged with a hexagonal close packed structure. I understand. The periodic arrangement of mesopores in this film can be confirmed by confirming a diffraction peak corresponding to a structural period of 7.4 nm in X-ray diffraction analysis.

(34−3)プラズマエッチング
上記工程で作製されるメソポーラスシリカ膜に、実施例7の(7−3)と同じ条件でプラズマエッチングを施す。エッチング時間も実施例7と同一である。
(34-3) Plasma Etching The mesoporous silica film produced in the above process is subjected to plasma etching under the same conditions as in Example 7 (7-3). The etching time is also the same as in Example 7.

プラズマエッチング後のメソポーラスシリカ膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成され、図1(b)の模式図に示す数値の平均値がそれぞれ、H=70nm、Θ=30度、p=50nm、T=80nm、H/D=1.4となるような凸部を表面に有する微細構造体が得られる。形成された微細構造体の走査電子顕微鏡写真を図13に示す。13(a)は断面の写真、13(b)は表面の写真である。凸部の密度は7.2×1010個/cmと見積もられる。凸部の間隔の分布はσ=16nmの正規分布であり、σ/pは0.30である。 A plurality of conical convex portions are formed adjacent to each other on the surface of the mesoporous silica film after plasma etching, and the average values of the numerical values shown in the schematic diagram of FIG. 1B are H = 70 nm and Θ = 30, respectively. Thus, a fine structure having a convex portion on the surface such that p = 50 nm, T = 80 nm, and H / D = 1.4 is obtained. A scanning electron micrograph of the formed microstructure is shown in FIG. 13 (a) is a photograph of the cross section, and 13 (b) is a photograph of the surface. The density of the convex portions is estimated to be 7.2 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 16 nm, and σ / p is 0.30.

このプラズマエッチング後の微細構造体について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行うと、フッ素原子が、光学ガラス基板との界面近傍に至るまで含有されていることがわかり、その量はSi原子比率で50%という値となる。尚、エックス線光電子分光分析による結合エネルギー位置からフッ素原子はSi原子と結合して存在している事が確かめられる。この事は、フッ素をメソポーラスシリカ膜内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   When the composition after the plasma etching is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy in the depth direction of the film, it is found that fluorine atoms are contained up to the vicinity of the interface with the optical glass substrate. The amount is 50% in terms of Si atomic ratio. In addition, it is confirmed from the binding energy position by X-ray photoelectron spectroscopy that fluorine atoms are present in combination with Si atoms. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in the mesoporous silica film.

(34−4)メソ孔内への無機材料導入
上記工程により、複数の円錐状の微細凸部を形成したメソポーラスシリカ膜のメソ孔内に、実施例7の(7−4)と同じ減圧CVDプロセスにより、チタニアを導入する。実施例7との差異は、チタンイソプロポキシドの圧力を2Paに低下させたことと、CVD時間を10時間に延長したことの2点のみである。これは、本実施例のケージ状細孔を有するメソポーラスシリカのメソ孔内へのチタンイソプロポキシドの拡散が、シリンダー状のメソ孔に比較して低下しているためである。
(34-4) Inorganic material introduction into mesopores The same low pressure CVD as in (7-4) of Example 7 in the mesopores of the mesoporous silica film in which a plurality of conical fine convex portions are formed by the above process. Introduce titania by the process. The only difference from Example 7 is that the pressure of titanium isopropoxide was reduced to 2 Pa and the CVD time was extended to 10 hours. This is because the diffusion of titanium isopropoxide into the mesopores of the mesoporous silica having cage-like pores of this example is lower than that of the cylindrical mesopores.

(34−5)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にチタニアを導入したメソポーラスシリカから構成される本発明の構造体を形成した、光学ガラスの反射率は2%と求められ、メソポーラスシリカ膜への本発明の微細構造体形成と、メソ孔内へのチタニア導入による屈折率制御の効果により反射率が低減されている事が確認される。
(34-5) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm is calculated, the reflectance of the optical glass formed with the structure of the present invention composed of mesoporous silica with titania introduced into the pores, prepared in this example. Is required to be 2%, and it is confirmed that the reflectance is reduced by the effect of the refractive index control by forming the microstructure of the present invention in the mesoporous silica film and introducing titania into the mesopores.

(実施例35)
実施例35では、実施例10に記載したのと同様に、光学ガラス基板上に成膜したチタニアメソ構造体膜に微細構造体を形成し、メソ孔内にシリカを導入した後に有機成分を除去することにより、構造体と光学ガラス基板の屈折率のマッチングをとり、反射防止能を有する光学部材とする例について記載する。実施例10との相違点は、メソポーラス構造の細孔構造にあり、本実施例で記述するチタニアメソ構造体膜は、構造規定剤として、ブロックコポリマーEO(20)PO(70)EO(20)を、チタニア源としてチタニウムイソプロポキシド(TTIP)用いて作製される、ケージ(楕円球)状細孔が、3次元的に連結した構造を有するものである。
(Example 35)
In Example 35, as described in Example 10, a fine structure is formed on the titania mesostructure film formed on the optical glass substrate, and the organic components are removed after introducing silica into the mesopores. Thus, an example in which the refractive index of the structure and the optical glass substrate is matched to obtain an optical member having antireflection ability will be described. The difference from Example 10 is in the pore structure of the mesoporous structure, and the titania meso structure film described in this example uses a block copolymer EO (20) PO (70) EO (20) as a structure directing agent. The cage (elliptical sphere) -like pores produced using titanium isopropoxide (TTIP) as a titania source have a structure in which the pores are connected three-dimensionally.

(35−1)基板準備
基板として屈折率1.6の光学ガラス基板を準備する。
(35-1) Substrate preparation An optical glass substrate having a refractive index of 1.6 is prepared as a substrate.

(35−2)チタニアメソ構造体膜形成
(35−2−1)チタニアメソ構造体膜の前駆体溶液調製
チタニウムテトライソプロポキシド(TTIP)、ブロックコポリマー、塩酸、エタノール、水を、それぞれのモル比がTTIP:1.0、塩酸:1.9、水:7.2、ブロックコポリマー:0.010、エタノール17.6となるように混合し、溶液が完全に透明になるまで攪拌し、前駆体溶液を得る。
(35-2) Titania Mesostructure Film Formation (35-2-1) Precursor Solution Preparation of Titania Mesostructure Film Titanium Tetraisopropoxide (TTIP), Block Copolymer, Hydrochloric Acid, Ethanol, Water TTIP: 1.0, hydrochloric acid: 1.9, water: 7.2, block copolymer: 0.010, ethanol 17.6 is mixed and stirred until the solution is completely transparent, precursor solution Get.

(35−2−2)チタニアメソ構造体膜の作製
上記光学ガラス基板に、実施例3の(3−2−2)と同じ条件のスピンコートプロセスによって、本実施例のチタニアメソ構造体膜を形成する。形成されたチタニアメソ構造体の膜厚はおよそ450nmである。
(35-2-2) Production of titania meso structure film The titania meso structure film of this example is formed on the optical glass substrate by a spin coating process under the same conditions as in (3-2-2) of Example 3. . The thickness of the formed titania mesostructure is about 450 nm.

(35−3)プラズマエッチング
前記光学ガラス基板上に形成したメソ構造チタニア薄膜に対して、実施例3の(3−3)と同じ装置と条件で、プラズマエッチングを施す。プラズマエッチング後のチタニアメソ構造体膜表面には円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成されていることが、走査電子顕微鏡による観察で明らかとなり、図1(b)の模式図に示す数値の平均値は、それぞれ、H=90nm、Θ=25度、p=D=60nm、T=200nm、H/D=1.5となるような凸部を表面に有する微細構造体が得られた。ここで、凸部の密度は7.0×1010個/cmと見積もられた。各凸部の間隔の分布はσ=15nmの正規分布であり、σ/pは0.25である。
(35-3) Plasma Etching Plasma etching is performed on the mesostructured titania thin film formed on the optical glass substrate under the same apparatus and conditions as in Example 3 (3-3). The surface of the titania mesostructured film after plasma etching has a plurality of conical protrusions formed adjacent to each other, as shown by a scanning electron microscope, and is shown in the schematic diagram of FIG. The average value of the numerical values is H = 90 nm, Θ = 25 degrees, p = D = 60 nm, T = 200 nm, and a fine structure having convex portions on the surface such that H / D = 1.5 is obtained. It was. Here, the density of the convex portions was estimated to be 7.0 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 15 nm, and σ / p is 0.25.

プラズマエッチング後に微細構造体について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が、微細構造体内に含有されており、その量はTi原子比率で25%という値であった。この事は、フッ素をメソ構造チタニア膜内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   After the plasma etching, the fine structure was subjected to composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, fluorine atoms were contained in the fine structure, and the amount was 25% in terms of Ti atomic ratio. Met. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in the mesostructured titania film.

(35−4)多孔質化
上記工程によって、表面に上記構造体を形成した、チタニアメソ構造体膜を、窒素雰囲気下300℃で熱処理してメソポーラス酸化チタン膜を得る。熱処理後の膜の赤外吸光分析によって、有機物がメソ孔から除去されていることが分かる。このメソポーラス酸化チタン膜を、X線回折分析で評価すると、構造周期6.5nmに対応する角度位置に、明瞭な回折ピークが観測され、作製したメソポーラスチタニア膜が、規則的に配列した細孔構造を有していることが分かる。また、透過電子顕微鏡によってこの膜を評価すると、膜厚方向に歪んだ、楕円球状細孔が六方細密充填された構造を有することが分かる。
(35-4) Porousization The titania mesostructured film having the structure formed on the surface by the above process is heat-treated at 300 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a mesoporous titanium oxide film. From the infrared absorption analysis of the film after the heat treatment, it can be seen that organic substances are removed from the mesopores. When this mesoporous titanium oxide film is evaluated by X-ray diffraction analysis, a clear diffraction peak is observed at an angular position corresponding to a structure period of 6.5 nm, and the prepared mesoporous titania film has a regularly arranged pore structure. It can be seen that Further, when this film is evaluated by a transmission electron microscope, it can be seen that the film has a structure in which elliptical spherical pores distorted in the film thickness direction are packed in a hexagonal close packing.

(35−5)メソ孔内へのシリカの導入
上記のように作製した、複数の凸部を有する構造体を形成したチタニアメソ構造体を作製した基板を、容積70mlのオートクレーブ中に配置し、容器内にオルトケイ酸テトラメチル(TMOS)3mlを入れた後密閉し、50℃において2時間TMOSの蒸気に暴露させる処理を行い、チタニアメソ構造膜のメソ孔中にシリカを導入する。
(35-5) Introduction of silica into mesopores A substrate prepared as described above and having a titania mesostructure formed with a structure having a plurality of convex portions is placed in a 70 ml volume autoclave, and a container After putting 3 ml of tetramethyl orthosilicate (TMOS) in the inside, it is sealed and exposed to TMOS vapor at 50 ° C. for 2 hours to introduce silica into the mesopores of the titania mesostructured film.

エックス線光電子分光法により、本実施例で作製した微細構造体の表面から光学ガラス基板界面方向へと深さ方向分析を行うと、膜中にはSi原子がTi原子比率で約35%程度、比較的均一に導入されていることがわかる。   When X-ray photoelectron spectroscopy is used to analyze the depth direction from the surface of the microstructure manufactured in this example to the interface direction of the optical glass substrate, Si atoms in the film are about 35% in terms of Ti atomic ratio. It can be seen that they are introduced uniformly.

(35−6)反射率の測定
実施例1の(1−4)と同様な方法で、反射率の測定を行う。波長400nm〜700nmの範囲での平均反射率を算出すると、本実施例で作製した、細孔内にシリカを導入したメソポーラスチタニアから構成される本発明の構造体を形成した、光学ガラスの反射率は2%と求められ、メソポーラスチタニア膜への本発明の微細構造体形成と、メソ孔内へのシリカ導入による屈折率制御の効果により反射率が低減されている事が確認される。
(35-6) Measurement of reflectance The reflectance is measured by the same method as (1-4) of Example 1. When the average reflectance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm was calculated, the reflectance of the optical glass formed with the structure of the present invention composed of mesoporous titania with silica introduced into the pores, produced in this example. Is required to be 2%, and it is confirmed that the reflectance is reduced by the effect of the refractive index control by the formation of the microstructure of the present invention in the mesoporous titania film and the introduction of silica into the mesopores.

(実施例36)
実施例36では、構造規定剤としてブロックコポリマーEO(20)PO(70)EO(20)を用い、チタニア源としてTTIPを用いて、導電性を有するシリコン基板上に作製したメソポーラス酸化チタン膜に対して、SFをエッチングガスに用いた反応性エッチングを行って、表面に複数の円錐状凸部を有する構造体を作製し、質量分析用基板として使用する例を記載する。
(Example 36)
In Example 36, a block copolymer EO (20) PO (70) EO (20) was used as a structure-directing agent, TTIP was used as a titania source, and a mesoporous titanium oxide film produced on a conductive silicon substrate was used. An example in which reactive etching using SF 6 as an etching gas to produce a structure having a plurality of conical convex portions on the surface and used as a substrate for mass spectrometry will be described.

(36−1)基板の準備
低抵抗n型シリコンの(100)単結晶基板を準備する。
(36-1) Preparation of Substrate A (100) single crystal substrate of low resistance n-type silicon is prepared.

(36−2)メソポーラス酸化チタン膜の合成
上記低抵抗シリコン基板上に、実施例35の(35−2−1)から(35−2−2)の工程と同じ工程により、実質的に実施例35で作製したものと同じ構造、同じ膜厚のチタニアメソ構造体膜を作製する。
(36-2) Synthesis of Mesoporous Titanium Oxide Film On the above low resistance silicon substrate, substantially the same examples as in the steps (35-2-1) to (35-2-2) of Example 35 were performed. A titania mesostructured film having the same structure and the same film thickness as those prepared in 35 is prepared.

(36−3)プラズマエッチング
実施例35の(35−3)と同じ条件で、シリコン基板上に形成したメソ構造チタニア薄膜に対してプラズマエッチングを施す。プラズマエッチング後の膜表面の形状は、実施例35で形成された複数の微細錐体状凸部を有する構造体と実質的に同一のものである。
(36-3) Plasma Etching Plasma etching is performed on the mesostructured titania thin film formed on the silicon substrate under the same conditions as in Example 35 (35-3). The shape of the film surface after plasma etching is substantially the same as the structure having a plurality of fine cone-shaped convex portions formed in Example 35.

(36−4)多孔質化
上記工程によって、表面に上記構造体を形成した、チタニアメソ構造体膜を、窒素雰囲気下350℃で熱処理してメソポーラス酸化チタン膜を得る。熱処理後の膜の赤外吸光分析によって、有機物がメソ孔から除去されていることが分かる。このメソポーラス酸化チタン膜を、X線回折分析で評価すると、構造周期6.1nmに対応する角度位置に、明瞭な回折ピークが観測され、作製したメソポーラスチタニア膜が、規則的に配列した細孔構造を有していることが分かる。また、透過電子顕微鏡によってこの膜を評価すると、膜厚方向に歪んだ、楕円球状細孔が六方細密充填された構造を有することが分かる。
(36-4) Making Porous The titania mesostructured film having the structure formed on the surface by the above process is heat-treated at 350 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a mesoporous titanium oxide film. From the infrared absorption analysis of the film after the heat treatment, it can be seen that organic substances are removed from the mesopores. When this mesoporous titanium oxide film is evaluated by X-ray diffraction analysis, a clear diffraction peak is observed at an angular position corresponding to a structural period of 6.1 nm, and the prepared mesoporous titania film has a regularly arranged pore structure. It can be seen that Further, when this film is evaluated by a transmission electron microscope, it can be seen that the film has a structure in which elliptical spherical pores distorted in the film thickness direction are packed in a hexagonal close packing.

(36−5)作製したメソポーラス酸化チタン膜を用いた質量分析
上述のように作製した、表面に複数の微細な円錐状凸部を有する構造体を形成したメソポーラス酸化チタン膜を質量分析用基板に用いて、微小量試料の質量分析を行う。励起光としてはNレーザー(波長337nm)を用い、レーザーパルスを20パルス照射した結果を積算して1つのスペクトルを得る。また、同様のスペクトルを10スペクトル測定した結果をもって、質量分析の結果の基板間比較を行う。
(36-5) Mass analysis using the prepared mesoporous titanium oxide film The mesoporous titanium oxide film formed as described above and having a structure having a plurality of fine conical convex portions on the surface is used as a substrate for mass spectrometry. Used for mass analysis of minute samples. N 2 laser (wavelength 337 nm) is used as excitation light, and one spectrum is obtained by integrating the results of irradiation with 20 laser pulses. Moreover, the comparison between substrates of the result of mass spectrometry is performed with the result of measuring 10 spectra of the same spectrum.

心疾患の治療に用いられる、アテノロールの1μM水溶液を調整し、1μlを上記基板上に滴下して乾燥させる。基板としては、上記の手順で作製した、微細凸部有する構造体を形成したメソポーラス酸化チタン膜を用い、比較のために、同様のプロトコルで作製したプラズマエッチングによる微細凸部形成を行っていないメソポーラス酸化チタン膜についても同様の測定を行う。   A 1 μM aqueous solution of atenolol used for treatment of heart disease is prepared, and 1 μl is dropped onto the substrate and dried. As a substrate, a mesoporous titanium oxide film formed with the above-described procedure and formed with a structure having fine protrusions is used. For comparison, a mesoporous film that is not formed with fine protrusions by plasma etching prepared by the same protocol is used. The same measurement is performed for the titanium oxide film.

どちらの基板を用いた場合でも、m/z=267.3に、プロトン化したアテノロールに起因するピークがスペクトル中に観測される。そのS/N値は、微細凸部を形成していない平坦な表面を有するメソポーラス酸化チタン膜の場合の117±44に対し、本発明の、表面に複数の微細な円錐状凸部を有する構造体を形成したメソポーラス酸化チタン膜を用いた場合には362±92であり、表面への微細構造形成によって、得られる質量分析スペクトルのS/N比が大きく向上する。これは、表面に本発明の、微細な円錐状凸部を有する構造体を形成したことによる、メソポーラス酸化チタン膜の反射率低下によるものである。   Regardless of which substrate is used, a peak due to protonated atenolol is observed in the spectrum at m / z = 267.3. The S / N value is 117 ± 44 in the case of a mesoporous titanium oxide film having a flat surface on which fine protrusions are not formed, and the structure according to the present invention has a plurality of fine conical protrusions on the surface. When a mesoporous titanium oxide film having a body is used, it is 362 ± 92, and the S / N ratio of the obtained mass spectrometry spectrum is greatly improved by forming a fine structure on the surface. This is due to a decrease in reflectance of the mesoporous titanium oxide film due to the formation of the structure having fine conical convex portions of the present invention on the surface.

本発明の、表面に複数の微細な円錐状凸部を有する構造体形成したメソポーラス酸化チタン膜を、低湿度(20%RH)の空気中において1週間放置した後に、同様の試料の測定を行った結果、得られるスペクトルのS/N比はほとんど低下せず、本発明の質量分析用基板が、ポーラスシリコンに比較して、安定性という点において優れていることが確認される。   After the mesoporous titanium oxide film of the present invention having a structure having a plurality of fine conical convex portions on the surface was left in air at low humidity (20% RH) for 1 week, the same sample was measured. As a result, the S / N ratio of the obtained spectrum hardly decreases, and it is confirmed that the substrate for mass spectrometry of the present invention is superior in terms of stability compared to porous silicon.

(実施例37)
実施例37では、構造規定剤としてブロックコポリマーEO(106)PO(70)EO(106)を用い、チタニア源としてTTIPを用いて、導電性を有するシリコン基板上に作製したメソポーラス酸化チタン膜に対して、SFをエッチングガスに用いた反応性エッチングを行って、表面に複数の円錐状凸部を有する構造体を作製し、質量分析用基板として使用する例を記載する。
(Example 37)
In Example 37, a block copolymer EO (106) PO (70) EO (106) was used as a structure-directing agent, TTIP was used as a titania source, and a mesoporous titanium oxide film produced on a conductive silicon substrate was used. An example in which reactive etching using SF 6 as an etching gas to produce a structure having a plurality of conical convex portions on the surface and used as a substrate for mass spectrometry will be described.

(37−1)基板の準備
低抵抗n型シリコンの(100)単結晶基板を準備する。
(37-1) Preparation of Substrate A (100) single crystal substrate of low resistance n-type silicon is prepared.

(37−2)メソポーラス酸化チタン膜の合成
(37−2−1)チタニアメソ構造体膜の前駆体溶液調製
TTIP、ブロックコポリマー、塩酸、エタノール、水を、それぞれのモル比がTTIP:1.0、塩酸:1.9、水:7.2、ブロックコポリマー:0.010、エタノール17.6となるように混合し、溶液が完全に透明になるまで攪拌し、前駆体溶液を得る。
(37−2−2)チタニアメソ構造体膜の作製
(37-2) Synthesis of Mesoporous Titanium Oxide Film (37-2-1) Precursor Solution Preparation of Titania Mesostructure Film TTIP, Block Copolymer, Hydrochloric Acid, Ethanol, Water, Each Molar Ratio is TTIP: 1.0, Hydrochloric acid: 1.9, water: 7.2, block copolymer: 0.010, ethanol 17.6 is mixed and stirred until the solution is completely clear to obtain a precursor solution.
(37-2-2) Production of titania mesostructured film

上記低抵抗シリコン基板上に、実施例3の(3−2−2)と同じ条件のスピンコートプロセスによって、チタニアメソ構造体膜を形成する。形成されたチタニアメソ構造体の膜厚はおよそ500nmである。   A titania mesostructure film is formed on the low-resistance silicon substrate by a spin coating process under the same conditions as in (3-2-2) of Example 3. The thickness of the formed titania meso structure is approximately 500 nm.

(37−3)
上記低抵抗シリコン基板上に形成したメソ構造チタニア薄膜に対して、実施例3の(3−3)と同じ装置と条件で、プラズマエッチングを施す。プラズマエッチング後のチタニアメソ構造体膜表面には、円錐状の複数の凸部が互いに隣接するように形成されていることが、走査電子顕微鏡による観察で明らかとなり、図1(b)の模式図に示す数値の平均値は、それぞれ、H=100nm、Θ=25度、p=D=60nm、T=200nm、H/D=1.67となるような凸部を表面に有する微細構造体が得られた。ここで、凸部の密度は7.4×1010個/cmと見積もられた。各凸部の間隔の分布はσ=14nmの正規分布であり、σ/pは0.23である。
(37-3)
Plasma etching is performed on the mesostructured titania thin film formed on the low-resistance silicon substrate under the same apparatus and conditions as in (3-3) of Example 3. The surface of the titania mesostructured film after plasma etching has a plurality of conical convex portions formed adjacent to each other, which is apparent from observation with a scanning electron microscope, as shown in the schematic diagram of FIG. The average values shown are H = 100 nm, Θ = 25 degrees, p = D = 60 nm, T = 200 nm, and H / D = 1.67. It was. Here, the density of the convex portions was estimated to be 7.4 × 10 10 pieces / cm 2 . The distribution of the intervals between the convex portions is a normal distribution with σ = 14 nm, and σ / p is 0.23.

プラズマエッチング後に微細構造体について、エックス線光電子分光法により膜の深さ方向の組成分析を行ったところ、フッ素原子が、微細構造体内に含有されており、その量はTi原子比率で25%という値であった。この事は、フッ素をメソ構造チタニア膜内に含有させながらエッチングが進行した事を示している。   After the plasma etching, the fine structure was subjected to composition analysis in the depth direction of the film by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, fluorine atoms were contained in the fine structure, and the amount was 25% in terms of Ti atomic ratio. Met. This indicates that etching progressed while fluorine was contained in the mesostructured titania film.

(37−4)多孔質化
上記工程によって、表面に上記構造体を形成した、チタニアメソ構造体膜を、窒素雰囲気下450℃で熱処理してメソポーラス酸化チタン膜を得る。熱処理後の膜の赤外吸光分析によって、有機物がメソ孔から除去されていることが分かる。このメソポーラス酸化チタン膜を、X線回折分析で評価すると、構造周期5.2nmに対応する角度位置に、明瞭な回折ピークが観測され、作製したメソポーラスチタニア膜が、規則的に配列した細孔構造を有していることが分かる。また、透過電子顕微鏡によってこの膜を評価すると、膜厚方向に歪んだ、楕円球状細孔が六方細密充填された構造を有することが分かる。さらに、この熱処理後の膜を、平行光学系を用いたX線回折分析で評価すると、アナターゼの結晶のピーク位置にブロードな回折ピークが観測されることから、細孔壁が一部結晶化し、アナターゼの微結晶が形成されていることが分かる。
(37-4) Porousization The mesoporous titanium oxide film is obtained by heat-treating the titania mesostructure film having the structure formed on the surface by the above process at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere. From the infrared absorption analysis of the film after the heat treatment, it can be seen that organic substances are removed from the mesopores. When this mesoporous titanium oxide film is evaluated by X-ray diffraction analysis, a clear diffraction peak is observed at an angular position corresponding to a structural period of 5.2 nm, and the prepared mesoporous titania film has a regularly arranged pore structure. It can be seen that Further, when this film is evaluated by a transmission electron microscope, it can be seen that the film has a structure in which elliptical spherical pores distorted in the film thickness direction are packed in a hexagonal close packing. Furthermore, when this heat-treated film is evaluated by X-ray diffraction analysis using a parallel optical system, a broad diffraction peak is observed at the peak position of the crystal of anatase, so that the pore wall is partially crystallized, It can be seen that anatase microcrystals are formed.

(37−5)作製したメソポーラス酸化チタン膜を用いた質量分析
上述のように作製した、表面に複数の微細な円錐状凸部を有する構造体を形成したメソポーラス酸化チタン膜を質量分析用基板に用いて、実施例1と同様のプロトコルで微小試料の質量分析を行う。
(37-5) Mass spectrometry using the produced mesoporous titanium oxide film The mesoporous titanium oxide film formed as described above and having a structure having a plurality of fine conical convex portions on the surface is used as a substrate for mass spectrometry. In addition, mass analysis of a micro sample is performed using the same protocol as in Example 1.

血圧降下作用を持つ、9個のアミノ酸から成るペプチドである、濃度5μMのブラジキニンを含むクエン酸緩衝溶液を調整し、1μlを上記基板上に滴下して乾燥させる。基板としては、本実施例において、上記の手順で作製した、微細凸部有する構造体を形成したメソポーラス酸化チタン膜を用い、比較のために、同様のプロトコルで作製したプラズマエッチングによる微細凸部形成を行っていないメソポーラス酸化チタン膜についても同様の測定を行う。   A citrate buffer solution containing bradykinin at a concentration of 5 μM, which is a peptide consisting of 9 amino acids having a blood pressure lowering action, is prepared, and 1 μl is dropped onto the substrate and dried. As a substrate, in this example, a mesoporous titanium oxide film formed with the above-described procedure and formed with a structure having fine protrusions was used, and for the purpose of comparison, formation of fine protrusions by plasma etching was made using a similar protocol. The same measurement is performed on the mesoporous titanium oxide film that has not been subjected to the above process.

どちらの基板を用いた場合でも、m/z=1060.2に、プロトン化したブラジキニンに起因するピークがスペクトル中に観測される。そのS/N値は、微細凸部を形成していない平坦な表面を有するメソポーラス酸化チタン膜の場合の390±181に対し、本発明の、表面に複数の微細な円錐状凸部を有する構造体を形成したメソポーラス酸化チタン膜を用いた場合には862±272であり、表面への微細構造形成によって、得られる質量分析スペクトルのS/N比が大きく向上する。これは表面に本発明の、複数の微細な円錐状凸部を形成したことによる、メソポーラス酸化チタン膜の反射率低下によるものである。   In either case, a peak due to protonated bradykinin is observed in the spectrum at m / z = 1060.2. The S / N value is 390 ± 181 in the case of a mesoporous titanium oxide film having a flat surface on which fine protrusions are not formed, and has a structure having a plurality of fine conical protrusions on the surface of the present invention. When a mesoporous titanium oxide film having a body is used, it is 862 ± 272, and the S / N ratio of the obtained mass spectrometry spectrum is greatly improved by forming a fine structure on the surface. This is due to a decrease in reflectance of the mesoporous titanium oxide film due to the formation of a plurality of fine conical convex portions of the present invention on the surface.

本発明の、表面に複数の微細な円錐状凸部を有する構造体を形成したメソポーラス酸化チタン膜を、低湿度(20%RH)の空気中において1週間放置した後に、同様の試料の測定を行った結果、得られるスペクトルのS/N比はほとんど低下せず、本発明の質量分析用基板が、ポーラスシリコンに比較して、安定性という点において優れていることが確認される。   After the mesoporous titanium oxide film of the present invention having a structure having a plurality of fine conical convex portions on the surface was left in air at a low humidity (20% RH) for 1 week, the same sample was measured. As a result, it was confirmed that the S / N ratio of the spectrum obtained was hardly lowered, and that the substrate for mass spectrometry of the present invention was superior in terms of stability compared to porous silicon.

(実施例38)
実施例38では、石英ガラス基板上に成膜した一軸配向メソポーラスチタニア構造体膜に微細構造体を形成する例について記載する。
(Example 38)
Example 38 describes an example in which a fine structure is formed on a uniaxially oriented mesoporous titania structure film formed on a quartz glass substrate.

(38−1)基板準備
表面に溶媒洗浄及びUVオゾン洗浄を施した石英ガラス基板を準備し、基板上に化学式(1)に示したポリイミドからなる高分子膜を形成する。この高分子膜にラビング処理を行い、ポリイミド配向膜を得る。
化学式(1)
(38-1) Substrate preparation A quartz glass substrate whose surface has been subjected to solvent cleaning and UV ozone cleaning is prepared, and a polymer film made of polyimide represented by the chemical formula (1) is formed on the substrate. The polymer film is rubbed to obtain a polyimide alignment film.
Chemical formula (1)

(38−2)チタニアメソ構造体膜の成膜
(38−2−1)チタン酸テトライソプロピル、界面活性剤、1−ブタノール、塩酸、水を混合してゾル反応液を作製する。界面活性剤にはBrij56(商品名、Aldrich社製)を用い、混合比(モル比)は、チタン酸テトライソプロピル:1.0、界面活性剤:0.15、1−ブタノール:29、塩酸:1.5、水:5.5とし、反応時間は3時間とする。
(38-2) Formation of titania mesostructured film (38-2-1) Tetraisopropyl titanate, surfactant, 1-butanol, hydrochloric acid, and water are mixed to prepare a sol reaction solution. Brij56 (trade name, manufactured by Aldrich) was used as the surfactant, and the mixing ratio (molar ratio) was tetraisopropyl titanate: 1.0, surfactant: 0.15, 1-butanol: 29, hydrochloric acid: 1.5, water: 5.5, and the reaction time is 3 hours.

(38−2−2)(38−2−1)で作製するゾル反応液をディップコート法により(38−1)で得るポリイミド配向膜上に塗布し、一軸配向チタニアメソ構造体膜を得る。テトラエトキシシランの蒸気処理により一軸配向チタニアメソ構造体膜の壁部を補強する。 (38-2-2) The sol reaction solution prepared in (38-2-1) is applied on the polyimide alignment film obtained in (38-1) by a dip coating method to obtain a uniaxially-oriented titania mesostructure film. The wall portion of the uniaxially oriented titania mesostructure film is reinforced by vapor treatment of tetraethoxysilane.

(38−3)多孔質化
マッフル炉を用いて400℃で4時間焼成して界面活性剤とポリイミド配向膜を焼成除去し、一軸配向メソポーラスチタニア膜を得る。
(38-3) Porosification Using a muffle furnace, baking is carried out at 400 ° C. for 4 hours to remove the surfactant and the polyimide alignment film, thereby obtaining a uniaxially oriented mesoporous titania film.

このメソポーラスチタニア膜は、X線回折装置による測定の結果、膜厚方向の構造周期d値が4nmで、シリンダー状のメソ細孔がラビング方向と垂直方向に配向していることが明らかとなる。この膜のΔnは0.1となる。   As a result of measurement with an X-ray diffractometer, this mesoporous titania film has a structure period d value in the film thickness direction of 4 nm, and it is clear that cylindrical mesopores are oriented in a direction perpendicular to the rubbing direction. Δn of this film is 0.1.

(38−4)プラズマエッチング
この一軸配向メソポーラスチタニア膜に対して、ICP型のプラズマエッチング装置を用いて、Cを反応性ガスとしてプラズマエッチングを実施する。
(38-4) Plasma etching Plasma etching is performed on this uniaxially oriented mesoporous titania film using an ICP type plasma etching apparatus using C 3 F 8 as a reactive gas.

その結果、高さHの平均が約100nm、凸部の先端間の平均間隔Pが60nm、及び断面形状が略三角形で頂角が約40°の凸部が、一軸配向メソポーラスチタニア膜の表面に形成される。また上記Pの分布はσ=14nmの正規分布となり、σ/Pは0.23となる。   As a result, the convex portion having an average height H of about 100 nm, an average interval P between the tips of the convex portions of 60 nm, a cross-sectional shape of approximately triangular, and an apex angle of about 40 ° is formed on the surface of the uniaxially oriented mesoporous titania film. It is formed. The distribution of P is a normal distribution of σ = 14 nm, and σ / P is 0.23.

この時の、位相板全体としての膜厚Tは約550nmで、波長400nmに対するレターデーションは50nmとなる。これは波長400nmの入射光に対して1/8波長板として機能する。また、垂直方向の反射率は約0.4%で、高い反射防止効果が得られる。   At this time, the film thickness T of the entire phase plate is about 550 nm, and the retardation for a wavelength of 400 nm is 50 nm. This functions as a 1/8 wavelength plate for incident light having a wavelength of 400 nm. Further, the reflectance in the vertical direction is about 0.4%, and a high antireflection effect is obtained.

(実施例39)
実施例39では、石英ガラス基板上に成膜した一軸配向メソポーラスチタニア構造体膜に微細構造体を形成する例について記載する。
(Example 39)
Example 39 describes an example in which a fine structure is formed on a uniaxially oriented mesoporous titania structure film formed on a quartz glass substrate.

実施例38の(38−1)〜(38−3)と同様の手順により、一軸配向メソポーラスチタニア構造膜を得る。   A uniaxially oriented mesoporous titania structure film is obtained by the same procedure as (38-1) to (38-3) of Example 38.

この一軸配向メソポーラスチタニア膜に対して、ICP型のプラズマエッチング装置を用いて、Cを反応性ガスとしてプラズマエッチングを実施する。このとき、実施例38よりも高さHが高くなるように、エッチング時間が長い条件を用いる。その結果、高さHの平均が約200nm、凸部の先端間の平均間隔Pが70nm、及び断面形状が略三角形で頂角が約20°の凸部が、一軸配向メソポーラスチタニア膜の表面に形成される。また上記Pの分布はσ=20nmの正規分布であり、σ/Pは0.29である。 Plasma etching is performed on the uniaxially oriented mesoporous titania film by using C 3 F 8 as a reactive gas using an ICP type plasma etching apparatus. At this time, a condition in which the etching time is long is used so that the height H is higher than that in the embodiment 38. As a result, the convex portion having an average height H of about 200 nm, an average interval P between the tips of the convex portions of 70 nm, a cross-sectional shape of approximately triangular, and an apex angle of about 20 ° is formed on the surface of the uniaxially oriented mesoporous titania film. It is formed. The distribution of P is a normal distribution with σ = 20 nm, and σ / P is 0.29.

この時の、位相板全体としての膜厚Tは約1100nmで、波長400nmに対するレターデーションは100nmとなる。これは波長400nmの入射光に対して1/4波長板として機能する。また、垂直方向の反射率は約0.2%で、高い反射防止効果が得られる。   At this time, the film thickness T of the entire phase plate is about 1100 nm, and the retardation for a wavelength of 400 nm is 100 nm. This functions as a quarter-wave plate for incident light having a wavelength of 400 nm. Further, the reflectance in the vertical direction is about 0.2%, and a high antireflection effect is obtained.

(実施例40)
実施例40では、石英ガラス基板上に成膜した一軸配向メソポーラス酸化スズ構造体膜に微細構造体を形成する例について記載する。
(Example 40)
Example 40 describes an example in which a fine structure is formed on a uniaxially oriented mesoporous tin oxide structure film formed on a quartz glass substrate.

(40−1)基板準備
実施例38の(38−1)と同様の手法により、ポリイミド配向膜を得る。
(40-1) Substrate Preparation A polyimide alignment film is obtained by the same method as (38-1) in Example 38.

(40−2)酸化スズメソ構造体膜の成膜
(40−2−1)
塩化スズ、界面活性剤、エタノール、水を混合してゾル反応液を作製する。界面活性剤にはBrij76(商品名、Aldrich社製)を用い、混合比(モル比)は、塩化スズ:3.6、界面活性剤:1.0、エタノール:127、水:20とし、反応時間は30分とする。
(40-2) Formation of tin oxide mesostructured film (40-2-1)
A sol reaction solution is prepared by mixing tin chloride, a surfactant, ethanol, and water. As the surfactant, Brij76 (trade name, manufactured by Aldrich) was used, and the mixing ratio (molar ratio) was tin chloride: 3.6, surfactant: 1.0, ethanol: 127, water: 20, and reaction. The time is 30 minutes.

(40−2−2)(40−2−1)で作製するゾル反応液をディップコート法により(40−1)で得るポリイミド配向膜上に塗布し、一軸配向酸化スズメソ構造体膜を得る。テトラエトキシシランの蒸気処理により一軸配向酸化スズメソ構造体の壁部を補強する。   (40-2-2) The sol reaction solution prepared in (40-2-1) is applied on the polyimide alignment film obtained in (40-1) by a dip coating method to obtain a uniaxially oriented tin oxide mesostructure film. The wall portion of the uniaxially oriented tin oxide mesostructure is reinforced by vapor treatment of tetraethoxysilane.

(40−3)多孔質化
マッフル炉を用いて400℃で4時間焼成して界面活性剤とポリイミド配向膜を焼成除去し、一軸配向メソポーラス酸化スズ膜を得る。
(40-3) Porosification Using a muffle furnace, baking is performed at 400 ° C. for 4 hours to remove the surfactant and the polyimide alignment film, thereby obtaining a uniaxially oriented mesoporous tin oxide film.

このメソポーラス酸化スズ膜は、X線回折装置による測定の結果、膜厚方向の構造周期d値が4nmで、シリンダー状のメソ細孔がラビング方向と垂直方向に配向していることが明らかとなる。この膜のΔnは0.075となる。   As a result of measurement by an X-ray diffractometer, this mesoporous tin oxide film has a structure period d value in the film thickness direction of 4 nm, and the cylindrical mesopores are oriented in the direction perpendicular to the rubbing direction. . The Δn of this film is 0.075.

(40−4)プラズマエッチング
この一軸配向メソポーラス酸化スズ膜に対して、ICP型のプラズマエッチング装置を用いて、Cを反応性ガスとしてプラズマエッチングを実施する。
(40-4) Plasma etching Plasma etching is performed on this uniaxially oriented mesoporous tin oxide film using an ICP type plasma etching apparatus and C 3 F 8 as a reactive gas.

その結果、高さHの平均が約200nm、凸部の先端間の平均間隔Pが70nm、及び断面形状が略三角形で頂角が約20°の凸部が、一軸配向メソポーラス酸化スズ膜の表面に形成される。また上記Pの分布はσ=22nmの正規分布となり、σ/Pは0.31となる。   As a result, the average of the height H is about 200 nm, the average distance P between the tips of the protrusions is 70 nm, and the protrusions having a substantially triangular shape and an apex angle of about 20 ° are the surface of the uniaxially oriented mesoporous tin oxide film. Formed. The distribution of P is a normal distribution of σ = 22 nm, and σ / P is 0.31.

この時の、位相板全体としての膜厚Tは約770nmで、波長400nmに対するレターデーションは50nmとなる。これは波長400nmの入射光に対して1/8波長板として機能する。また、垂直方向の反射率は約0.1%で、高い反射防止効果が得られる。   At this time, the film thickness T of the entire phase plate is about 770 nm, and the retardation for a wavelength of 400 nm is 50 nm. This functions as a 1/8 wavelength plate for incident light having a wavelength of 400 nm. Further, the reflectance in the vertical direction is about 0.1%, and a high antireflection effect is obtained.

(実施例41)
実施例41では、石英ガラス基板上に成膜した一軸配向メソポーラスシリカ構造体膜に微細構造体を形成する例について記載する。
(Example 41)
Example 41 describes an example in which a fine structure is formed on a uniaxially oriented mesoporous silica structure film formed on a quartz glass substrate.

(41−1)基板準備
実施例38の(38−1)と同様の手法により、ポリイミド配向膜を得る。
(41-1) Substrate Preparation A polyimide alignment film is obtained by the same method as (38-1) of Example 38.

(41−2)シリカメソ構造体膜の成膜
(41−2−1)テトラエトキシシラン、界面活性剤、2−プロパノール、塩酸、水を混合してゾル反応液を作製する。界面活性剤にはBrij56(商品名、Aldrich社製)を用いる。混合比(モル比)は、テトラエトキシシラン:1.0、界面活性剤:0.080、2−プロパノール:17、塩酸:0.0040、水:5.0とする。反応時間は3時間とする。
(41-2) Formation of silica mesostructured film (41-2-1) Tetraethoxysilane, surfactant, 2-propanol, hydrochloric acid, and water are mixed to prepare a sol reaction solution. As the surfactant, Brij56 (trade name, manufactured by Aldrich) is used. The mixing ratio (molar ratio) is tetraethoxysilane: 1.0, surfactant: 0.080, 2-propanol: 17, hydrochloric acid: 0.0040, and water: 5.0. The reaction time is 3 hours.

(41−2−2)(41−2−1)で作製するゾル反応液をディップコート法により(41−1)で得るポリイミド配向膜上に塗布し、一軸配向シリカメソ構造体薄膜を得る。   (41-2-2) The sol reaction solution prepared in (41-2-1) is applied on the polyimide alignment film obtained in (41-1) by a dip coating method to obtain a uniaxially oriented silica mesostructured thin film.

(41−3)多孔質化
トリメチルクロロシランの存在下、(41−2)で得る一軸配向メソ構造体膜を密封容器中に80℃で14時間保持した後、基板をエタノール中に浸漬して密封し、80℃で8時間抽出処理を施す。その後、基板を取出し、表面をエタノールで再度洗浄して、一軸配向メソポーラスシリカ膜を得る。
(41-3) Porosification In the presence of trimethylchlorosilane, the uniaxially oriented mesostructured film obtained in (41-2) was held in a sealed container at 80 ° C. for 14 hours, and then the substrate was immersed in ethanol and sealed. And an extraction process is performed at 80 ° C. for 8 hours. Thereafter, the substrate is taken out and the surface is washed again with ethanol to obtain a uniaxially oriented mesoporous silica film.

このメソポーラスシリカ膜は、X線回折装置による測定の結果、膜厚方向の構造周期d値が6nmで、シリンダー状のメソ細孔がラビング方向と垂直方向に配向していることが明らかとなる。この膜のΔnは0.031となる。   As a result of measurement by an X-ray diffractometer, this mesoporous silica film has a structure period d value in the film thickness direction of 6 nm, and it is clear that cylindrical mesopores are oriented in a direction perpendicular to the rubbing direction. Δn of this film is 0.031.

(41−4)プラズマエッチング
この一軸配向メソポーラスシリカ膜に対して、ICP型のプラズマエッチング装置を用いて、Cを反応性ガスとしてプラズマエッチングを実施する。その結果、高さHの平均が約200nm、凸部の先端間の平均間隔Pが100nm、及び断面形状が略三角形で頂角が約30°の凸部が、一軸配向メソポーラスシリカ膜の表面に形成される。また上記Pの分布はσ=20nmの正規分布となり、σ/Pは0.2となる。
(41-4) Plasma Etching Plasma etching is performed on this uniaxially oriented mesoporous silica film using an ICP type plasma etching apparatus using C 3 F 8 as a reactive gas. As a result, the average of the height H is about 200 nm, the average interval P between the tips of the protrusions is 100 nm, and the protrusions having a substantially triangular cross section and an apex angle of about 30 ° are formed on the surface of the uniaxially oriented mesoporous silica film. It is formed. The distribution of P is a normal distribution of σ = 20 nm, and σ / P is 0.2.

この時の、位相板全体としての膜厚Tは約1700nmで、波長400nmに対するレターデーションは50nmとなる。これは波長400nmの入射光に対して1/8波長板として機能する。また、垂直方向の反射率は約0.6%で、高い反射防止効果が得られる。   At this time, the film thickness T of the entire phase plate is about 1700 nm, and the retardation for a wavelength of 400 nm is 50 nm. This functions as a 1/8 wavelength plate for incident light having a wavelength of 400 nm. Further, the reflectance in the vertical direction is about 0.6%, and a high antireflection effect is obtained.

(実施例42)
実施例2と同様の手法により、石英ガラス基板上に成膜したメソポーラスシリカ膜に複数の微細な凸部を有する構造体を形成する。この時、窒素ガスを用いた吸脱着等温線はIV型の挙動を示す。また、同じ組成で、凸部を形成していない状態のメソポーラスシリカ膜をエリプソメトリーにより光学評価した結果、空孔率は40%と見積もられる。これより、凸部を形成した状態のメソポーラスシリカからなる構造体においても、凸部内部の空孔率は約40%と見積もられる。
(Example 42)
A structure having a plurality of fine protrusions is formed on a mesoporous silica film formed on a quartz glass substrate by the same method as in Example 2. At this time, the adsorption / desorption isotherm using nitrogen gas exhibits type IV behavior. Further, as a result of optical evaluation of a mesoporous silica film having the same composition and having no protrusions by ellipsometry, the porosity is estimated to be 40%. Accordingly, even in the structure made of mesoporous silica in a state where the convex portion is formed, the porosity inside the convex portion is estimated to be about 40%.

この複数の微細な凸部を有する構造体に対して、プラズマアシスト原子層積層法により酸化ケイ素からなる保護層を形成する。具体的には、真空引きされた反応容器内に前記構造体を設置した後、反応容器中へテトラエトキシシランの蒸気を導入し、凸部の表面にテトラエトキシシランが吸着した状態とする。次に、アルゴンガスで反応容器内をパージ後、酸素ガスを反応容器内に導入した上で、反応容器中のコイルに高周波で電流を流し、酸素とアルゴンのプラズマを生成する。この結果生じたラジカル成分が、凸部の表面に吸着しているテトラエトキシシランと反応して、最終的に凸部の表面に酸化ケイ素からなる極薄膜層が形成される。以上の一連のプロセスを150回繰り返すことにより、表面に5nmの厚さの酸化ケイ素からなる保護層を有する構造体が得られる。   A protective layer made of silicon oxide is formed on the structure having a plurality of fine protrusions by a plasma-assisted atomic layer stacking method. Specifically, after the structure is placed in a vacuum-evacuated reaction vessel, tetraethoxysilane vapor is introduced into the reaction vessel, and tetraethoxysilane is adsorbed on the surface of the convex portion. Next, after purging the inside of the reaction vessel with argon gas, oxygen gas is introduced into the reaction vessel, and then a current is passed through the coil in the reaction vessel at a high frequency to generate oxygen and argon plasma. The radical component generated as a result reacts with tetraethoxysilane adsorbed on the surface of the convex portion, and finally an ultrathin film layer made of silicon oxide is formed on the surface of the convex portion. By repeating the above series of processes 150 times, a structure having a protective layer made of silicon oxide having a thickness of 5 nm on the surface can be obtained.

凸部の表面に酸化ケイ素からなる保護層を有する構造体について、窒素ガスを用いた吸脱着等温線はII型の挙動を示す。これは、凸部内部の空孔が、凸部表面の保護層によりほぼ完全に遮断されていることを示す。また、保護層を形成する酸化ケイ素からなる層は、実質的に空孔率はほぼ0%と見積もられる。   For a structure having a protective layer made of silicon oxide on the surface of the convex portion, the adsorption / desorption isotherm using nitrogen gas exhibits type II behavior. This indicates that the voids inside the convex portion are almost completely blocked by the protective layer on the surface of the convex portion. In addition, the layer made of silicon oxide forming the protective layer is estimated to have a porosity of substantially 0%.

(実施例43)
実施例7と同様の手法により、石英ガラス基板上に成膜したメソポーラスシリカ膜に複数の微細な凸部を形成した後、空孔内にチタニアを導入した構造体を形成する。この時、窒素ガスを用いた吸脱着等温線は、吸着・脱離時のヒステリシスは充填前に比べて小さくなるものの、IV型の挙動を示す。
(Example 43)
A plurality of fine convex portions are formed on a mesoporous silica film formed on a quartz glass substrate by the same method as in Example 7, and then a structure in which titania is introduced into the holes is formed. At this time, the adsorption / desorption isotherm using nitrogen gas shows an IV type behavior although the hysteresis during adsorption / desorption is smaller than that before filling.

次に、この構造物を表面に有する基板を、0.5wt%のリン酸アルミニウム[Al(HPO]水溶液に浸漬し、引き上げ速度3mm/sで引き上げた後、60℃の乾燥機で1時間熱処理することにより、凸部の表面にリン酸アルミニウムからなる保護層を形成する。この時、リン酸アルミニウムからなる保護層の厚さは、約5nmである。凸部の表面にリン酸アルミニウムからなる保護層を有する構造体について、窒素ガスを用いた吸脱着等温線はII型の挙動を示す。これは、凸部内部の空孔が、凸部表面の保護層によりほぼ完全に遮断されていることを示す。 Next, the substrate having this structure on the surface is dipped in a 0.5 wt% aluminum phosphate [Al (H 2 PO 4 ) 3 ] aqueous solution, pulled up at a lifting speed of 3 mm / s, and then dried at 60 ° C. A protective layer made of aluminum phosphate is formed on the surface of the convex portion by heat treatment with a machine for 1 hour. At this time, the thickness of the protective layer made of aluminum phosphate is about 5 nm. About the structure which has the protective layer which consists of aluminum phosphates on the surface of a convex part, the adsorption / desorption isotherm using nitrogen gas shows II type | mold behavior. This indicates that the voids inside the convex portion are almost completely blocked by the protective layer on the surface of the convex portion.

(実施例44)
実施例7と同様の手法により、石英ガラス基板上に成膜したメソポーラスシリカ膜に複数の微細な凸部を形成した後、空孔内にチタニアを導入した構造体を形成する。この時、窒素ガスを用いた吸脱着等温線は、吸着・脱離時のヒステリシスは充填前に比べて小さくなるものの、IV型の挙動を示す。
(Example 44)
A plurality of fine convex portions are formed on a mesoporous silica film formed on a quartz glass substrate by the same method as in Example 7, and then a structure in which titania is introduced into the holes is formed. At this time, the adsorption / desorption isotherm using nitrogen gas shows an IV type behavior although the hysteresis during adsorption / desorption is smaller than that before filling.

この構造体に対して、チタニア導入と同様のプロセスをさらに3回繰り返すことにより、空孔内がチタニアで充填されるだけでなく、凸部の表面も5nmの厚さのチタニアからなる保護層で覆われた構造体を得る。凸部の表面にチタニアからなる保護層を有する構造体について、窒素ガスを用いた吸脱着等温線はII型の挙動を示す。これは、凸部内部のメソ孔が、凸部表面の保護層によりほぼ完全に遮断されていることを示す。また、保護層を形成するチタニアからなる層は、実質的に空孔率はほぼ0%と見積もられる。   By repeating the same process as the introduction of titania for this structure three more times, not only the pores are filled with titania, but also the convex surface is a protective layer made of titania having a thickness of 5 nm. Get the covered structure. For a structure having a protective layer made of titania on the surface of the convex portion, the adsorption / desorption isotherm using nitrogen gas exhibits type II behavior. This indicates that the mesopores inside the convex portion are almost completely blocked by the protective layer on the convex portion surface. The layer made of titania that forms the protective layer is estimated to have a porosity of substantially 0%.

11 構造体
12 凸部
13 メソ孔
14 基体
15 メソ構造体
16 底部
17 先端
18 底部から先端に向かう方向
19 方向18に垂直な面
21 シリンダー状メソ孔
31 メソ構造
32 メソ構造
1001 基板
1002 メソ構造体
1003 コンタミネーション
1004 ピラー状凸部
1101 基体
1102 メソ構造体
1103 酸化ケイ素膜
1104 構造体
1105 エッチングレートの小さい材料
1106 構造体
1201 基体
1202 複数の凸部を有する構造体を形成する材料
1203 構造体
1204 材料
1205 基体
1401 真空容器
1402 試験管
1403 ニードバルブ
1404 メインバルブ
1405 ターボ分子ポンプ
1406 ドライスクロールポンプ
1407 真空計
1408 基板ホルダ
1901 構造体
1902 基体
2101 シリカメソ構造体膜
2102 石英基板
2103 シリカ微小球
2104 円錐状の第一の凹凸構造を表面に有するシリカメソ構造体膜
2201 基体
2202 凸部
2203 保護層
2204 メソ孔
2206 メソ孔
2301 錐面
2302 仮想の錐体A
2303 仮想の錐体Aの高さ
2304 欠落した部分のうちの前記仮想の錐体Aの先端から最も遠い点
2305 仮想の錐体B
2306 仮想の錐体Bの高さ
2307 仮想の錐体Aおよび仮想の錐体Bの頂点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Structure 12 Convex part 13 Mesopore 14 Base 15 Mesostructure 16 Bottom 17 Tip 18 Direction 19 from bottom to tip 19 Surface perpendicular to direction 18 Cylindrical mesopore 31 Mesostructure 32 Mesostructure 1001 Substrate 1002 Mesostructure 1003 Contamination 1004 Pillar-shaped convex portion 1101 Base 1102 Mesostructure 1103 Silicon oxide film 1104 Structure 1105 Material with low etching rate 1106 Structure 1201 Base 1202 Material 1203 Structure 1204 Material forming a structure having a plurality of convex portions 1205 Base 1401 Vacuum vessel 1402 Test tube 1403 Need valve 1404 Main valve 1405 Turbo molecular pump 1406 Dry scroll pump 1407 Vacuum gauge 1408 Substrate holder 1901 Structure 1902 Base 2101 Cameso structure film 2102 Quartz substrate 2103 Silica microsphere 2104 Silica meso structure film 2201 having a conical first uneven structure on the surface Base body 2202 Protruding portion 2203 Protective layer 2204 Meso hole 2206 Meso hole 2301 Conical surface 2302 Virtual cone A
2303 Height of virtual cone A 2304 Point farthest from the tip of virtual cone A in the missing portion 2305 Virtual cone B
2306 Height of virtual cone B 2307 Virtual cone A and vertex of virtual cone B

Claims (16)

基体と、前記基体の表面に存在する反射防止膜と、を有する光学部材であって、
前記反射防止膜が表面に複数の錐体部を有し、
前記錐体部がメソ構造を有し、
前記メソ構造がメソ孔を有する構造であり、
前記メソ孔の内部に、前記メソ孔を形成する壁部の材料よりも屈折率が高い無機材料が存在し、
前記メソ孔の内部に前記無機材料が存在することにより、前記錐体部の実効的な屈折率と前記基体の屈折率との差が低減されることを特徴とする光学部材。
An optical member having a base and an antireflection film present on the surface of the base,
The antireflection film has a plurality of cone portions on the surface;
The cone portion has a mesostructure;
The mesostructure is a structure having mesopores;
Inside the mesopores, there is an inorganic material having a higher refractive index than the material of the wall part forming the mesopores,
The optical member, wherein the presence of the inorganic material in the mesopores reduces a difference between an effective refractive index of the cone portion and a refractive index of the base.
前記メソ孔がシリンダー形状を有しており、前記基体の表面と平行に配向していることを特徴とする請求項1に記載の光学部材。   The optical member according to claim 1, wherein the mesopores have a cylindrical shape and are oriented parallel to the surface of the substrate. 前記反射防止膜のうち前記基体と接触する層に存在する前記メソ孔の内部に前記無機材料が存在し、
前記基体の屈折率をna、前記層の実効的な屈折率をnbとした時に、
0≦|na−nb|≦0.05
であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学部材。
The inorganic material is present in the mesopores present in the layer of the antireflection film that contacts the substrate,
When the refractive index of the substrate is na and the effective refractive index of the layer is nb,
0 ≦ | na−nb | ≦ 0.05
The optical member according to claim 1, wherein the optical member is an optical member.
前記錐体部の底辺の長さをD、前記錐体部の高さをHとした時、H/Dが1/2以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学部材。   The length of the base of the cone part is D, and the height of the cone part is H, H / D is 1/2 or more. The optical member as described in 2. 前記錐体部の高さが50nm以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学部材。   The optical member according to claim 1, wherein a height of the cone portion is 50 nm or more. 隣接する前記錐体部の先端の平均間隔pが400nm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学部材。   The optical member according to any one of claims 1 to 5, wherein an average interval p between tips of adjacent cone portions is 400 nm or less. 隣接する前記錐体部の先端間の平均間隔をp、前記先端間の間隔の分布の標準偏差をσとした時に、以下の式1を満たすことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学部材。
0.1<σ/p<0.5 式1
The following Expression 1 is satisfied, where p is an average interval between tips of adjacent cone portions, and σ is a standard deviation of a distribution of intervals between the tips. The optical member according to one item.
0.1 <σ / p <0.5 Equation 1
前記無機材料が、バンドギャップ2.5eV以上かつ10eV以下の無機材料であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学部材。   The optical member according to any one of claims 1 to 7, wherein the inorganic material is an inorganic material having a band gap of 2.5 eV or more and 10 eV or less. 前記無機材料が、酸化チタンを含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学部材。   The optical member according to claim 1, wherein the inorganic material contains titanium oxide. 前記メソ孔が周期的に配向し、前記反射防止膜が、X線回折分析において1.0nm以上の構造周期に対応する回折ピークを示すことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学部材。 10. The mesopores are periodically oriented, and the antireflection film exhibits a diffraction peak corresponding to a structural period of 1.0 nm or more in X-ray diffraction analysis. An optical member according to the above. 前記メソ孔を形成する壁部が、バンドギャップ2.5eV以上かつ10eV以下の材料からなることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学部材。   The optical member according to any one of claims 1 to 10, wherein the wall part forming the mesopores is made of a material having a band gap of 2.5 eV or more and 10 eV or less. 前記メソ孔を形成する壁部が、酸化ケイ素からなることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の光学部材。   The optical member according to any one of claims 1 to 11, wherein the wall part forming the mesopores is made of silicon oxide. 基体と、前記基体の表面に存在する反射防止膜と、を有する光学部材であって、
前記反射防止膜が表面に複数の凸部を有する構造体を有し、
前記凸部が、前記凸部の底部から先端に向かう方向に垂直な面で前記凸部を切断した時の断面の面積が、前記方向に沿って小さくなる形状を有し、
前記凸部がメソ孔を有するメソ構造を有し、
前記凸部の先端に金属元素が存在しており、
前記凸部の底辺の長さをD、前記凸部の高さをHとした時、
H/Dが2.0以上であり、
前記メソ孔の内部に、前記メソ孔を形成する壁部の材料よりも屈折率が高い無機材料が存在し、
前記メソ孔の内部に前記無機材料が存在することにより、前記凸部の実効的な屈折率と前記基体の屈折率との差が低減されることを特徴とする光学部材。
An optical member having a base and an antireflection film present on the surface of the base,
The antireflection film has a structure having a plurality of convex portions on the surface,
The convex portion has a shape in which an area of a cross section when the convex portion is cut along a plane perpendicular to a direction from the bottom portion of the convex portion toward the tip is reduced along the direction,
The convex portion has a mesostructure having mesopores,
There is a metal element at the tip of the convex part,
When the length of the base of the convex portion is D and the height of the convex portion is H,
H / D is 2.0 or more,
Inside the mesopores, there is an inorganic material having a higher refractive index than the material of the wall part forming the mesopores,
The optical member, wherein the presence of the inorganic material in the mesopores reduces a difference between an effective refractive index of the convex portion and a refractive index of the base.
隣接する前記凸部の錐面同士が結合しており、
前記錐面同士が結合する部分が前記基体の表面よりも前記反射防止膜側にあり、前記錐面同士が結合する部分と前記基体との距離が一定でないことを特徴とする請求項13に記載の光学部材。
The conical surfaces of the adjacent convex portions are combined,
14. The portion where the conical surfaces are coupled to each other is located on the antireflection film side of the surface of the base, and the distance between the portion where the conical surfaces are coupled to the base is not constant. Optical member.
メソ孔を有するメソ構造体を形成する工程と、
マスクは用いずにプラズマエッチング装置のエッチングチャンバーの一部を構成する材料を有する物質を堆積させながら前記メソ構造体をプラズマエッチングして、前記メソ構造体に凸部であって底部から先端に向かう方向に垂直な面で前記凸部を切断した時の断面の面積が、前記方向に沿って小さくなる形状を有する凸部を複数形成する工程と、
を有することを特徴とする構造体の製造方法。
Forming a mesostructure having mesopores;
The mesostructure is plasma-etched while depositing a material having a material that constitutes a part of an etching chamber of the plasma etching apparatus without using a mask, and the mesostructure is a convex portion from the bottom toward the tip. Forming a plurality of convex portions having a shape in which the area of the cross section when the convex portions are cut in a plane perpendicular to the direction is reduced along the direction;
A structure manufacturing method characterized by comprising:
前記メソ孔を有するメソ構造体を形成する工程が、内部が空隙であるメソ孔を有するメソ構造体を形成する工程であり、
かつ
前記凸部が有するメソ孔に有機材料もしくは無機材料を充填する工程を有することを特徴とする請求項15に記載の構造体の製造方法。
The step of forming a mesostructure having mesopores is a step of forming a mesostructure having mesopores having voids inside;
The method for producing a structure according to claim 15, further comprising a step of filling an organic material or an inorganic material into the mesopores of the convex portion.
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Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9814099B2 (en) * 2013-08-02 2017-11-07 Applied Materials, Inc. Substrate support with surface feature for reduced reflection and manufacturing techniques for producing same
EP3572875A1 (en) 2013-12-19 2019-11-27 Illumina, Inc. Roll-to-roll process of preparing a patterned substrate and patterned substrate prepared by the same process
DE102014105939B4 (en) * 2014-04-28 2019-08-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for producing an anti-reflection coating on a silicone surface and optical element
US20150362707A1 (en) * 2014-06-11 2015-12-17 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Optics with Built-In Anti-Reflective Sub-Wavelength Structures
JP6356522B2 (en) * 2014-07-29 2018-07-11 ウシオ電機株式会社 Fluorescent light emitting member, manufacturing method thereof, and fluorescent light source device
KR102470225B1 (en) * 2015-02-26 2022-11-23 엘지이노텍 주식회사 Optical device
EP3296733A4 (en) * 2015-05-08 2019-04-10 AGC Inc. Sample plate for mass spectrometric analysis, method for mass spectrometric analysis, and device for mass spectrometric analysis
WO2017015801A1 (en) 2015-07-24 2017-02-02 华为技术有限公司 Camera module and terminal
JP6784487B2 (en) 2015-10-30 2020-11-11 デクセリアルズ株式会社 Optical body and display device
JP6443302B2 (en) 2015-10-30 2018-12-26 コニカミノルタ株式会社 Method for producing porous resin particles
JP6903418B2 (en) * 2015-11-16 2021-07-14 デクセリアルズ株式会社 Optical body, master, and manufacturing method of optical body
KR102535187B1 (en) * 2016-01-15 2023-05-19 엘지전자 주식회사 MEMS Scanner
JP6910774B2 (en) * 2016-09-20 2021-07-28 キヤノン株式会社 An optical film, a base material provided with the optical film, and an optical device having the base material.
DE102016119760A1 (en) * 2016-10-18 2018-04-19 Arges Gmbh Surface structure of a plastic component and method for producing a surface structure on a plastic component
WO2018106905A1 (en) * 2016-12-07 2018-06-14 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Anti-reflective surface structures formed using three-dimensional etch mask
DE102016125197B4 (en) * 2016-12-21 2020-07-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for producing a reflection-reducing layer system
GB2559770B (en) * 2017-02-17 2022-04-20 Sesanti Ltd Anti-reflection apparatus
JP6891265B2 (en) * 2017-03-31 2021-06-18 富士フイルム株式会社 Colored film and its manufacturing method, solid-state image sensor
FR3066623B1 (en) * 2017-05-17 2022-12-16 Valeo Systemes Dessuyage DEVICE FOR PROTECTION OF AN OPTICAL SENSOR AND ASSOCIATED DRIVING ASSISTANCE SYSTEM
US11422294B2 (en) 2017-10-10 2022-08-23 Central Glass Company, Limited Durable functional coatings
US20200238797A1 (en) * 2017-10-10 2020-07-30 Central Glass Company, Limited Improved anti-reflective functional coating for glazings
KR102208192B1 (en) * 2017-11-24 2021-01-26 가천대학교 산학협력단 Substrate for Laser Desorption Ionization Mass Spectrometry and Mass analysis method using the same
WO2019113379A1 (en) * 2017-12-06 2019-06-13 California Institute Of Technology System for analyzing a test sample and method therefor
KR102058847B1 (en) * 2018-09-19 2019-12-24 인하대학교 산학협력단 CELL SEGMENTATION METHOD FOR ANODIZED TiO2 SURFACE STRUCTURE
CN109634047A (en) * 2019-01-28 2019-04-16 前海申升科技(深圳)有限公司 A kind of eyeshield high definition photonic crystal image film
US11583954B2 (en) 2019-03-04 2023-02-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Welding method
JP7346547B2 (en) * 2019-03-14 2023-09-19 富士フイルム株式会社 Substrate with surface microstructure
CN111766649A (en) * 2019-03-30 2020-10-13 华为技术有限公司 Optical element, camera module, terminal and processing method of optical element
KR20220024996A (en) 2019-07-01 2022-03-03 쇼오트 글라스 테크놀로지스 (쑤저우) 코퍼레이션 리미티드. A diffractive optical element and a method for manufacturing a diffractive optical element
JP7360615B2 (en) * 2019-09-20 2023-10-13 株式会社豊田中央研究所 Laser desorption/ionization mass spectrometry substrate and laser desorption/ionization mass spectrometry using the same
CN111293971B (en) 2019-12-18 2020-12-08 电子科技大学 Wear-resisting automatically cleaning solar cell panel
DE102020118733B4 (en) * 2020-07-15 2022-11-24 Ev Group E. Thallner Gmbh Method of applying a protective coating material
JP7055494B1 (en) * 2021-02-08 2022-04-18 東海光学株式会社 Manufacturing method of optical products
JPWO2023047948A1 (en) * 2021-09-24 2023-03-30
CN114686806A (en) * 2022-03-30 2022-07-01 电子科技大学 High-absorption and wide-spectrum black silicon composite material and preparation method thereof
CN116093506A (en) * 2023-03-07 2023-05-09 荣耀终端有限公司 Membrane material, shell, battery cover, terminal equipment and preparation method of membrane material

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000071290A (en) * 1998-08-28 2000-03-07 Teijin Ltd Manufacture of antireflection article
JP4250287B2 (en) 1999-01-07 2009-04-08 キヤノン株式会社 Method for producing silica mesostructure
WO2000054309A1 (en) 1999-03-09 2000-09-14 The Scripps Research Institute Improved desorption/ionization of analytes from porous light-absorbing semiconductor
JP2001272505A (en) * 2000-03-24 2001-10-05 Japan Science & Technology Corp Surface treating method
JP4464041B2 (en) 2002-12-13 2010-05-19 キヤノン株式会社 Columnar structure, electrode having columnar structure, and manufacturing method thereof
JP2004294565A (en) 2003-03-25 2004-10-21 Univ Shinshu Anti-reflection coating
JP2005157119A (en) 2003-11-27 2005-06-16 Olympus Corp Reflection preventing optical element and optical system using the same
JP2006010831A (en) 2004-06-23 2006-01-12 Alps Electric Co Ltd Antireflection structure, antireflection body, lighting device, and liquid crystal display device
US7391018B2 (en) 2004-09-17 2008-06-24 Nanosys, Inc. Nanostructured thin films and their uses
JP4855781B2 (en) 2005-02-01 2012-01-18 日東電工株式会社 Antireflection hard coat film, optical element and image display device
TWI292340B (en) 2005-07-13 2008-01-11 Ind Tech Res Inst Antireflective transparent zeolite hardcoat film, method for fabricating the same, and solution capable of forming said transparent zeolite film
WO2008018570A1 (en) * 2006-08-09 2008-02-14 Tokyo University Of Science Educational Foundation Administrative Organization Antireflection structure, process for producing the same and process for producing optical member
JP2008158293A (en) 2006-12-25 2008-07-10 Nissan Motor Co Ltd Hydrophilic antireflection structure
JP5211281B2 (en) 2007-08-01 2013-06-12 地方独立行政法人山口県産業技術センター Metal oxide porous film formed with a plurality of three-dimensional structures made of zinc oxide, its production method, and dye-sensitized solar cell using the same
KR101395454B1 (en) * 2007-09-20 2014-05-15 삼성전자주식회사 Optical film having a graded index of refraction and fabricating method thereof
JP5150312B2 (en) 2008-03-10 2013-02-20 ペンタックスリコーイメージング株式会社 Method for forming fine uneven structure, and substrate having fine uneven structure
KR101437860B1 (en) 2008-03-23 2014-09-12 주식회사 뉴파워 프라즈마 Solar cell device porous antireflection layer and method of manufacture
JP2009242475A (en) 2008-03-28 2009-10-22 Sekisui Chem Co Ltd Hollow organic-inorganic hybrid fine particle, antireflective resin composition, coating agent for antireflective film, antireflective laminated product and antireflective film
FR2934689B1 (en) 2008-08-04 2010-09-17 Essilor Int OPTICAL ARTICLE COMPRISING AN ANSTATIC LAYER LIMITING PERCEPTION OF FRINGES OF INTERFERENCE, HAVING EXCELLENT LIGHT TRANSMISSION AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME.
RU2480796C2 (en) 2008-09-17 2013-04-27 Шарп Кабусики Кайся Antireflective film and method of making said film
US20110198214A1 (en) 2008-12-04 2011-08-18 Canon Kabushiki Kaisha Mesoporous silica film and process for production thereof
JP2010180113A (en) * 2009-02-06 2010-08-19 Canon Inc Meso-porous titanium oxide membrane and method for producing the same
JP5267798B2 (en) 2009-02-17 2013-08-21 日産自動車株式会社 Scratch-resistant water-repellent structure and scratch-resistant water-repellent structure
US9025250B2 (en) 2009-04-24 2015-05-05 Sharp Kabushiki Kaisha Antireflection film, method for manufacturing antireflection film, and display apparatus
WO2010143503A1 (en) 2009-06-12 2010-12-16 シャープ株式会社 Antireflection film, display device and light transmissive member
RU2503982C2 (en) 2009-07-28 2014-01-10 Шарп Кабусики Кайся Optical film, method for production thereof and method of controlling optical properties thereof
JP5440065B2 (en) 2009-09-17 2014-03-12 株式会社豊田中央研究所 Gold-encapsulated core-shell monodispersed spherical mesoporous silica
JP5773576B2 (en) 2010-04-01 2015-09-02 キヤノン株式会社 Anti-reflection structure and optical equipment

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